سربارة صنايع آهن و فولاد، زباله يا مادهاي ارزشمند؟
تاريخچه
حدود ۳۵۰ سال پيش از ميلاد مسيح(ع) ارسطو ف يزيكدان يوناني ، از سربارة آهنسازي براي التيام جراحتها استفاده نمود. در روم باستان نيز از دانههاي سرباره براي راهسازي استفاده ميكردند. از آن دوران به بعد كاربردهاي ديگري نظير ساخت موزاييكها و گلولههاي توپ هم براي سرباره ابداع گرديد. با وجود اين، با شروع قرن بيستم و توسعه فرايندهاي نوين آهن و فولادسازي بود كه استفاده تجاري از سرباره در ابعاد زياد ، مرسوم شد. امروزه با كمك فرايندهاي پيشرفته، از سرباره در بيشتر صنايع سازه اي چون راهسازي، سيمان، بلوكهاي ساختماني سبك، سلختمانسازي، بتونهاي ساختماني، بتونهاي آسفالتي، ماسههاي خطوط راهآهن، پشم سنگ و صنايع شيشه استفاده ميشود.
تركيب سرباره
در صنايع آهن و فولادسازي، دو نوع سرباره وجود دارد: ۱) سرباره كورة بلند (سربارة آهن خام) و ۲) سرباره فولادسازي. برطبق تعريف جامعه آزمون و مواد آمريكا (American Society of Testing & Materials) ، سربارة كورة بلند، تركيبي است غيرفلزي كه داراي سيليكاتها و آلومينوسيليكاتهاي كلسيم و ساير عناصر بازي است و در كورة بلند به همراه آهن به صورت مذاب توليد ميشود. همچنين طبق تعريف اين جا م عه، سربارة فولاد سازي، تركيبي غيرفلزي است كه داراي سيليكاتهاي كلسيم، فر يتهاي كلسيم و اكسيدهاي آهن ، آلومينيوم، منگنز، كلسيم و منيزيم است و به طور همزمان با فولاد توليد ميشود.
با توجه به اين تعريفها مشخص ميشود كه اين دو دسته سرباره، از لحاظ تركيب شيميايي اختلاف زيادي باهم دارند؛ سربارة كوره بلند بر خلاف سربارة فولادسازي كه تركيبات متنوعي دارد ، تركيبي نسب تا ً يكنواخت دارد. اين يكنواختي تركيب سربارة كوره بلند، سبب سادهتر شدن كاربرد آن شده است. در مقابل، وجود تركيباتي نظير اكسيد آهن در سربارة فولادسازي، استفاده گسترده از اين محصول را بهويژه در صنايع سيمان محدود كرده است.
ويژگيهاي فيزيكي هر يك از اين دو دسته ثابت نيست و خصوصياتي نظير وزن، انداز ة دانه، ويژگيهاي ساختاري و غيره، بر حسب نوع فرآيند توليد سرباره ، تغيير ميكند.
حجم توليد سرباره
دادههاي آماري در ارتباط با مقدار واقعي توليد سربارة آهن و فولاد در جهان، در دسترس نيست؛ اما ميزان توليد اين ماده را ميتوان حدود ۲۵ تا ۳۰ درصد توليد آهن خام (Pig Iron) و ۱۰ تا ۱۵ درصد توليد فولاد خام تخمين زد. با استفاده از اين تخمين ميتوان آماري براي توليد سرباره در جهان، ايالات متحده و ايران ارايه نمود، جداول ۱ و ۲ اين ارقام را نشان ميدهد:
ميزان مصرف سرباره
از نظر صاحبان صنايع آهن و فولاد در جهان، سرباره و ساير محصولات جانبي نه تنها زباله نيستند، بلكه به اين محصولات به عنوان موادي باارزش نگاه ميشود. در اين صنايع سعي بر اين است كه علاوه بر بازيابي فلزات از اين محصولات جانبي، براي اين محصولات به ويژه سرباره، كاربردهايي يافته تا از اين مواد، بهصورت مؤثر استفاده شود. اين موضوع سبب شده است كه سربارة توليدشده در صنايع آهن و فولاد، خود بازار قابل توجهي داشته باشد.
در سال ۲۰۰۲، در كشور آمريكا حدود ۱۹ميليون تن سرباره به ارزش ۳۰۰ميليون دلار مصرف شده است كه حدود ۶۰ درصد آن، سربارة كوره بلند به ارزش ۲۷۰ميليون دلار بوده است. (دليل مصرف بيشتر و نيز ارزش بيشتر سرباره كوره بلند در مقايسه با سرباره فولادسازي، همان نكاتي است كه پيشتر ذكر شد).
جدول زير آمار بازار سرباره را در ايالاتمتحده بين سالهاي ۱۹۹۸ تا ۲۰۰۲ ارايه ميكند. (آمار بر حسب هزار تن). همانطور كه از آمارهاي جدول پيدا است، ايالات متحده در اين سالها، مقدار قابلتوجهي واردات سرباره نيز داشته است.
در حال حاضر، فعاليت صنايع آهن و فولاد در بخش محصولات جانبي، بر افزايش بازيافت مواد از اين محصولات و يافتن بازارها و موارد مصرف براي آنها متمركز شده است. نمودار زير نتايج فعاليت شركت ژاپني سوميتومو (Sumitomo) را براي كاهش محصولات جانبي باقيمانده و مصرفنشده از سال ۱۹۹۰ تا سال ۲۰۰۲ نشان ميدهد:
كاربردهاي مرسوم سرباره
اگر سربارة توليدشده در كوره بلند را به حال خود گذاريم تا سرد شود و يا آن را با استفاده از آب، سريع سرد كنيم، از آن ميتوان در بتونسازي، ساخت جادهها، خاكريزها، آبراههها، توليد پشم سنگ، ساخت شيشه، ساخت بلوكهاي ساختماني سبك و مواد اوليه سيمان سربارهاي، استفاده كرد.
اگر سرعت سردكردن سرباره مذاب بيشتر شود، سرباره به حالت شيشهاي درميآيد. از اين محصول ميتوان در ساخت سيمان، پركنندههاي سبك و مواد اوليه شيشهسازي استفاده كرد.
سرباره توليدشده در فولادسازي نيز كاربردهاي متنوعي دارد. از اين سرباره در ساخت روكش مقاوم و پايا براي جادهها، توليد آسفالتهاي مقاوم در برابر لغزش و زيرسازي و شانهسازي جادهها، استفاده ميشود. علاوه بر اين ، سربارة فولادسازي در ساخت سيمان پرتلند نيز استفاده ميشود. استفاده از اين ماده در سيمان پرتلند، سبب افزايش ظرفيت ، كاهش آلودگي محيطزيست و صرفهجويي در مصرف انرژي ميگردد.
كاربردهاي كشاورزي و كمك به بهبود زيستمحيطي سواحل نيز از كاربردهاي ديگر سربارههاي آهن و فولاد است. سربارة فولادسازي به سبب داشتن تركيباتي مفيد براي كشاورزي از جمله اكسيد موليبدن، ميتواند سبب بهبود خاكهاي زراعي و به تبع آن افزايش توليد محصولات كشاورزي شود. به عنوان مثال، از ديرباز از اين سرباره در كشت ذرت و سويا استفاده ميشده است. علاوه بر اين ، استفاده از سربارة فولادسازي در كشت نيشكر و برنج نيز نتايج مطلوبي درپي داشته است . هم اكنون براي گسترش استفاده از سربارة فولادسازي در كشاورزي، تحقيقات مختلفي در حال انجام است.
اخيراً، در ژاپن براي بازسازي و ترميم وضعيت سواحل و تقويت رشد گياهان، ماهيها و ساير موجودات دريايي، از سربارههاي آهن و فولادسازي استفاده شده است. براي اين منظور، با استفاده از ذرات و بلوكهايي از جنس سرباره، بسترهايي دركف دريا ساخته ميشود كه به محلي براي رويش گياهان و زندگي جانوران دريايي تبديل ميگردند.
مآخذ
Tatsuhito Takahashi and Kazuya Yabuta, New Applications for Iron and Steel making Slag, NKK Technical ReviewNo.۸۷ (۲۰۰۲), ۳۸-۴۴
Iron and Steel Slag , U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries, January ۲۰۰۴
Blast Furnace Slag, National Slag Association ( U.S. )
Steel Slag, National Slag Association ( U.S. )
حدود ۳۵۰ سال پيش از ميلاد مسيح(ع) ارسطو ف يزيكدان يوناني ، از سربارة آهنسازي براي التيام جراحتها استفاده نمود. در روم باستان نيز از دانههاي سرباره براي راهسازي استفاده ميكردند. از آن دوران به بعد كاربردهاي ديگري نظير ساخت موزاييكها و گلولههاي توپ هم براي سرباره ابداع گرديد. با وجود اين، با شروع قرن بيستم و توسعه فرايندهاي نوين آهن و فولادسازي بود كه استفاده تجاري از سرباره در ابعاد زياد ، مرسوم شد. امروزه با كمك فرايندهاي پيشرفته، از سرباره در بيشتر صنايع سازه اي چون راهسازي، سيمان، بلوكهاي ساختماني سبك، سلختمانسازي، بتونهاي ساختماني، بتونهاي آسفالتي، ماسههاي خطوط راهآهن، پشم سنگ و صنايع شيشه استفاده ميشود.
تركيب سرباره
در صنايع آهن و فولادسازي، دو نوع سرباره وجود دارد: ۱) سرباره كورة بلند (سربارة آهن خام) و ۲) سرباره فولادسازي. برطبق تعريف جامعه آزمون و مواد آمريكا (American Society of Testing & Materials) ، سربارة كورة بلند، تركيبي است غيرفلزي كه داراي سيليكاتها و آلومينوسيليكاتهاي كلسيم و ساير عناصر بازي است و در كورة بلند به همراه آهن به صورت مذاب توليد ميشود. همچنين طبق تعريف اين جا م عه، سربارة فولاد سازي، تركيبي غيرفلزي است كه داراي سيليكاتهاي كلسيم، فر يتهاي كلسيم و اكسيدهاي آهن ، آلومينيوم، منگنز، كلسيم و منيزيم است و به طور همزمان با فولاد توليد ميشود.
با توجه به اين تعريفها مشخص ميشود كه اين دو دسته سرباره، از لحاظ تركيب شيميايي اختلاف زيادي باهم دارند؛ سربارة كوره بلند بر خلاف سربارة فولادسازي كه تركيبات متنوعي دارد ، تركيبي نسب تا ً يكنواخت دارد. اين يكنواختي تركيب سربارة كوره بلند، سبب سادهتر شدن كاربرد آن شده است. در مقابل، وجود تركيباتي نظير اكسيد آهن در سربارة فولادسازي، استفاده گسترده از اين محصول را بهويژه در صنايع سيمان محدود كرده است.
ويژگيهاي فيزيكي هر يك از اين دو دسته ثابت نيست و خصوصياتي نظير وزن، انداز ة دانه، ويژگيهاي ساختاري و غيره، بر حسب نوع فرآيند توليد سرباره ، تغيير ميكند.
حجم توليد سرباره
دادههاي آماري در ارتباط با مقدار واقعي توليد سربارة آهن و فولاد در جهان، در دسترس نيست؛ اما ميزان توليد اين ماده را ميتوان حدود ۲۵ تا ۳۰ درصد توليد آهن خام (Pig Iron) و ۱۰ تا ۱۵ درصد توليد فولاد خام تخمين زد. با استفاده از اين تخمين ميتوان آماري براي توليد سرباره در جهان، ايالات متحده و ايران ارايه نمود، جداول ۱ و ۲ اين ارقام را نشان ميدهد:
ميزان مصرف سرباره
از نظر صاحبان صنايع آهن و فولاد در جهان، سرباره و ساير محصولات جانبي نه تنها زباله نيستند، بلكه به اين محصولات به عنوان موادي باارزش نگاه ميشود. در اين صنايع سعي بر اين است كه علاوه بر بازيابي فلزات از اين محصولات جانبي، براي اين محصولات به ويژه سرباره، كاربردهايي يافته تا از اين مواد، بهصورت مؤثر استفاده شود. اين موضوع سبب شده است كه سربارة توليدشده در صنايع آهن و فولاد، خود بازار قابل توجهي داشته باشد.
در سال ۲۰۰۲، در كشور آمريكا حدود ۱۹ميليون تن سرباره به ارزش ۳۰۰ميليون دلار مصرف شده است كه حدود ۶۰ درصد آن، سربارة كوره بلند به ارزش ۲۷۰ميليون دلار بوده است. (دليل مصرف بيشتر و نيز ارزش بيشتر سرباره كوره بلند در مقايسه با سرباره فولادسازي، همان نكاتي است كه پيشتر ذكر شد).
جدول زير آمار بازار سرباره را در ايالاتمتحده بين سالهاي ۱۹۹۸ تا ۲۰۰۲ ارايه ميكند. (آمار بر حسب هزار تن). همانطور كه از آمارهاي جدول پيدا است، ايالات متحده در اين سالها، مقدار قابلتوجهي واردات سرباره نيز داشته است.
در حال حاضر، فعاليت صنايع آهن و فولاد در بخش محصولات جانبي، بر افزايش بازيافت مواد از اين محصولات و يافتن بازارها و موارد مصرف براي آنها متمركز شده است. نمودار زير نتايج فعاليت شركت ژاپني سوميتومو (Sumitomo) را براي كاهش محصولات جانبي باقيمانده و مصرفنشده از سال ۱۹۹۰ تا سال ۲۰۰۲ نشان ميدهد:
كاربردهاي مرسوم سرباره
اگر سربارة توليدشده در كوره بلند را به حال خود گذاريم تا سرد شود و يا آن را با استفاده از آب، سريع سرد كنيم، از آن ميتوان در بتونسازي، ساخت جادهها، خاكريزها، آبراههها، توليد پشم سنگ، ساخت شيشه، ساخت بلوكهاي ساختماني سبك و مواد اوليه سيمان سربارهاي، استفاده كرد.
اگر سرعت سردكردن سرباره مذاب بيشتر شود، سرباره به حالت شيشهاي درميآيد. از اين محصول ميتوان در ساخت سيمان، پركنندههاي سبك و مواد اوليه شيشهسازي استفاده كرد.
سرباره توليدشده در فولادسازي نيز كاربردهاي متنوعي دارد. از اين سرباره در ساخت روكش مقاوم و پايا براي جادهها، توليد آسفالتهاي مقاوم در برابر لغزش و زيرسازي و شانهسازي جادهها، استفاده ميشود. علاوه بر اين ، سربارة فولادسازي در ساخت سيمان پرتلند نيز استفاده ميشود. استفاده از اين ماده در سيمان پرتلند، سبب افزايش ظرفيت ، كاهش آلودگي محيطزيست و صرفهجويي در مصرف انرژي ميگردد.
كاربردهاي كشاورزي و كمك به بهبود زيستمحيطي سواحل نيز از كاربردهاي ديگر سربارههاي آهن و فولاد است. سربارة فولادسازي به سبب داشتن تركيباتي مفيد براي كشاورزي از جمله اكسيد موليبدن، ميتواند سبب بهبود خاكهاي زراعي و به تبع آن افزايش توليد محصولات كشاورزي شود. به عنوان مثال، از ديرباز از اين سرباره در كشت ذرت و سويا استفاده ميشده است. علاوه بر اين ، استفاده از سربارة فولادسازي در كشت نيشكر و برنج نيز نتايج مطلوبي درپي داشته است . هم اكنون براي گسترش استفاده از سربارة فولادسازي در كشاورزي، تحقيقات مختلفي در حال انجام است.
اخيراً، در ژاپن براي بازسازي و ترميم وضعيت سواحل و تقويت رشد گياهان، ماهيها و ساير موجودات دريايي، از سربارههاي آهن و فولادسازي استفاده شده است. براي اين منظور، با استفاده از ذرات و بلوكهايي از جنس سرباره، بسترهايي دركف دريا ساخته ميشود كه به محلي براي رويش گياهان و زندگي جانوران دريايي تبديل ميگردند.
مآخذ
Tatsuhito Takahashi and Kazuya Yabuta, New Applications for Iron and Steel making Slag, NKK Technical ReviewNo.۸۷ (۲۰۰۲), ۳۸-۴۴
Iron and Steel Slag , U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries, January ۲۰۰۴
Blast Furnace Slag, National Slag Association ( U.S. )
Steel Slag, National Slag Association ( U.S. )
+ نوشته شده در جمعه بیست و هفتم فروردین ۱۳۸۹ ساعت 23:41 توسط saeed
|