مدیریت پسماندهای جامد در تولید فولاد
(نویسنده: غلامرضا طبیبی، رییس هیات‌مدیره شرکت چدن‌ریزان جی )

گروه رسانه‌ای پردازش – یکی از معضلات عمده فولادسازان در کشور چگونگی کاهش هزینه‌های تولید است و یکی از این موارد که هزینه بسیار زیادی را به فولادسازان تحمیل می‌نماید سرباره حاصل از مذاب می‌باشد. به‌طور میانگین به ازاء هر تن مذاب ۲۰۰ تا ۳۰۰ کیلوگرم سرباره حاصل می‌شود و این میزان در شرکت‌هایی که از کوره‌های قوس‌الکتریکی و با ظرفیت بالا استفاده می‌کنند یک معضل بسیار جدی است، هم‌اکنون در این شرکت‌ها سرباره حاصل شده به حوضچه‌هایی که به همین منظور تهیه شده است منتقل و بعد از سردشدن خٌرد گردیده و به محوطه‌ای که به همین منظور اختصاص یافته حمل می‌گردد. با توجه به فعل و انفعالات شیمیایی، پس از خنک‌شدن این سرباره تبدیل به گرد‌وغبار گردیده و باعث بروز یک مشکل زیست‌محیطی می‌شود.

وضعیت موجود تولید سرباره در جهان:

میزان تولید سرباره توسط کوره‌بلند در دنیا ۴۱۶ میلیون تن بوده یعنی به‌طور میانگین ۳۱۹ میلیون تن می‌باشد که از این میزان ۳۱۲ میلیون تن گرانوله شده و در صنایع سیمان مصرف شده است. حاصل این بازیافت جلوگیری از انتشار ۲۴۳ میلیون تن گاز CO_۲ و صرفه‌جویی در ۴۸۰ میلیون تن منابع طبیعی بوده است.

به عنوان مثال، شرکت “پوسکو” کره‌جنوبی از یک میلیون تن تولید سرباره داغ حاصل شده از فرآیند تولید کوره بلند را به گرانوله تبدیل و از آن در صنعت سیمان استفاده نموده است که این امر باعث می‌گردد از انتشار ۷۲/۶ میلیون تن گاز CO_۲ جلوگیری شود یا در کشور آمریکا کل سرباره تولید شده در فولاد که ۱۵ میلیون تن بوده تماما گرانوله گردیده و مجددا مصرف شده است و آمریکا تنها کشوری می‌باشد که در سال گذشته دو میلیون تن واردات سرباره داشته است.

وضعيت موجود تولید سرباره در ایران:

درحال‌حاضر بیش از پنج میلیون تن سرباره در کشور تولید می‌گردد که به صورت سنتی سرباره تخلیه شده پس از سرد شدن در حوضچه‌های سرباره در هوا خنک گردیده و پس از خٌردکردن توسط کامیون به محل دپوی سرباره منتقل می‌گردد این عمل باعث می‌شود که علاوه‌بر صرف هزینه بسیار سنگین، آلایندگی‌های زیست‌محیطی را نیز به همراه داشته باشد.

تولید فولاد در کشور در سال ۱۴۰۲ بیش از ۳۱ میلیون تن بوده است که از این میزان تولید ۲۵ میلیون تن آن توسط شرکت‌های زیرمجموعه سازمان ایمیدرو تولید شده و سرباره حاصل از این میزان تولید بیش از پنج میلیون تن بوده است.

با بررسی آمار تولید شرکت‌های زیرمجموعه ایمیدرو، مجتمع فولادمبارکه با تولید حدود ۸ میلیون تن، نزدیک به ۱/۷ میلیون تن سرباره تولید می‌کند که به‌صورت کاملا سنتی این سرباره سرد، خرد و به محل دپوی سرباره منتقل می‌گردد و بعد از مدتی ضمن اشغال فضای بسیار زیاد بر اثر فعل و انفعالات شیمیایی تبدیل به گردوغبار گردیده و تبعات زیست‌محیطی و آلایندگی را به همراه خواهد داشت.

شرکت ذوب‌آهن اصفهان با تولید ۲/۶ میلیون تن فولاد در سال گذشته مقدار ۱/۰۷۰ میلیون تن سرباره توسط کوره‌بلند تولید داشته که در این بخش بیش از ۸۵ درصد آن گرانوله گردیده است اما برای سرباره تولید شده در بخش فولادسازی اقدامی صورت نپذیرفته و به صورت سنتی سرد، خرد و به محل دپو منتقل می‌شود.

این اختراع که در سال ۱۳۸۶ و در اداره کل ثبت شرکت‌ها و مالکیت صنعتی ثبت گردیده و به صورت صنعتی حدود ۲۰۰ هزارتن از سرباره حاصل از تولید فولادمبارکه را به گرانوله تبدیل کرده است.

سرباره عبارت است از محصول غيرفلزي كه هم‌زمان در فرآيندهاي توليد فلزات به همراه مذاب تشكيل مي‌گردد. تركيب شميايي سرباره به‌طور عموم تشكيل شده است از اكسیدهاي كلسيم، منيزيم، آلومينيوم، سيليسيم، سديم، پتاسيم و… كه در فاز مذاب به هنگام سردشدن تشكيل فازهاي مختلف مينرالي آلومينوسيليكات و… را مي‌دهند كه بنا به تركيب شيميايي سرباره متفاوت است و بستگي به نحوه سردكردن سرباره، فازهاي بلورين و بي‌شكل تشكيل مي‌گردد.

به‌طوركلي سرباره‌هاي آهن و فولاد در جهان به عنوان محصول جانبي بسيار با ارزش مورد بررسي قرار گرفته است كه به عنوان مواداوليه ساختمان جايگزيني در سيمان، اگريگات (شن وماسه) و… مصرف عمده‌اي دارد، هم‌چنين از سرباره‌هاي كوره‌هاي قوس‌الكتريكي استفاده‌هاي شاياني به عمل آمده است. از جمله اينكه به عنوان مواداوليه ذوب ‌آهن نيز مورد استفاده قرار مي‌گيرد.

توليد سرباره در شركت‌هاي ذوب فلزات به ميزان ناخالصی‌هاي موجود در سنگ معدن و هم‌چنين شیمی مواداوليه و نوع كوره بستگي دارد. ليكن معمولاَ در حدود ۰/۲ تن سرباره به ازاء هر تن فولاد تشكيل مي‌گردد.

از توليدكنندگان و صادر كنندگان اصلي سرباره در جهان كشورهاي برزيل، كانادا، فرانسه، ايتالیا، آلمان، ژاپن و آفريقاي‌جنوبي را مي‌توان نام برد.

باتوجه به نوع قراضه مصرفی و شارژ کوره میزان و ترکیب شیمیایی سرباره متفاوت است در کوره‌های قوس‌الکتریکی و باتوجه به مصرف ۸۰ درصد آهن‌اسفنجی و ۲۰ درصد ضایعات بطور متوسط ۲۰ درصد به ازاء هر تن سرباره تشکیل می‌شود که با در نظر گرفتن تولید فولاد در کشور می‌توان در آینده نزدیک پیش‌بینی کرد که حجم تولید سرباره تا ۸ میلیون تن در سال افزایش یابد که بایستی برای آن تدبیر شود. در سلسه مراتب سیستم مدیریت پسماند صنعتی به طور علمی و عملی، کاهش و حذف این نوع سرباره در فرآیند تولید فولاد ناممکن است در نتیجه گزینه بازیافت برای این سرباره از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.

انواع سرباره‌ها

به‌طور کلی سرباره‌های کوره‌های ذوب آهن و فولاد به دو دسته تقسیم می‌شوند:

الف) سرباره کوره‌بلند: به نوعی از سرباره گفته می‌شود که در کوره‌بلند به تولید می‌رسد و در ساختار خود موادی مانند سیلیکات، آلومینات و کلسیم را جای داده است.

ب) سرباره کوره‌های قوس‌الکتریکی: این نوع از سرباره دارای عناصری مانند کلسیم، اکسیدهای آهن، منگنز، آلومینیوم، منیزیم، سدیم و پتاسیم است که به همراه فلز تولید می‌شود.

در هر دو حالت سرباره توليد شده از نظر تركيب شيميايي شبيه به سيمان است. و درصورتي‌كه به سرعت سرد شده و از نظر ساختاري به صورت بي‌‍شكل باشد، قابليت استفاده به عنوان ماده جايگزين در سيمان را خواهد داشت، اما سرباره‌ه‍ایي كه بطور آهسته و در هوا خنك می‌شوند داراي موارد استفاده‌هایی به شرح ذيل خواهد بود:

1. به عنوان سنگدانه‌هاي زير سطح خطوط راه‌آهن
2. به عنوان ماده جايگزيني شن و ماسه در آسفالت
3. به عنوان ماده پراكنده در زيرسازي سطح جاده‍‌ها
4. به عنوان شن و ماسه در بتن
5. توليد پشم سرباره و پشم سنگ
6. سرباره فولاد براي پايه‌ها، پركننده‌ه‍ا، شانه‌ه‍اي بزرگراه‌ها، سنگ‌ريزه‌هاي مخلوط راه‌آهن در خطوط‍ آسفالت و براي مقاصد كشاورزي مطابق شرايط خاك به كار مي‌رود اگر چه سرباره فولاد مشخصات سرباره كوره‌بلند را ندارد، به علت ساختمان خشن و توانايي توليد رنگ‌هاي متفاوت مي‌‍توان از آن در شانه‌هاي جاده‌ها استفاده كرد.

كيفيت و نحوه توليد سرباره:

استفاده از سرباره به طور عمده به روش‌هاي خنك كردن آن بستگي دارد. البته روش‌هاي مختلف سرد كردن سرباره در كاهش هزينه‌هاي آن و هم‌چنين تاثير به سزايي نيز بر روي نحوه خرد شدن آن دارد. به طور كلي متوسط آناليز شيميايي سرباره‌هاي توليد شده در كوره بلند و كوره‌هاي قوس‌الكتريكي در جدول ذیل آمده است.

متوسط آناليز شيميايي سرباره‌هاي توليد شده

روش‌هاي مختلف سرد كردن سرباره:

1. روش سنتي: اين روش از زمان ذوب فلزات كه تكنولوژي‌هاي مختلف شناخته نشده بود استفاده مي‌شده است. در روش سنتي سرباره مذاب برروي زمين ريخته شده و در هوا سرد مي‌شود كه پس از سرد شدن به وسيله بولدوزر شكسته شده و توسط كاميون حمل مي‌گردد. اين نوع سرباره به صورت سخت و سنگ مانند است و از نظر ساختار بلورين است سرباره سردشده با اين خصوصيات قدرت واكنش‌هاي هيدروليكي نداشته و يا به صورت ضايعات در حوالي كارخانه‌هاي ذوب فلزات انبار شده و يا اينكه خرد شده و به عنوان شن و ماسه در بتن و سنگ‌ريزه براي زيرسازي جاده و خطوط راه‌آهن استفاده مي‌شده است. از معايب اين روش خنك كردن ايجاد تشعشع و گردوغبار و هم‌چنين ايجاد بخارات آلوده‌كننده محيط، سروصدا را مي‌توان نام برد.

• خنك كردن سرباره در هوا و پاشش آب:

در اين روش نيز سرباره مذاب برروي زمين ريخته شده و توسط پاشش آب بر روي آن سرد مي‌شود كه پس از سرد شدن به وسيله بولدوزر شكسته شده و توسط كاميون حمل مي‌گردد. در اين روش ساختار بلورهاي سطحي سرباره توليد شده بي‌شكل وقسمت‌هاي داخلي داراي ساختار منظم است. سرباره سرد شده با اين خصوصيات نيز قدرت واكنش‌هاي هيدروليكي نداشته و تنها پس از خرد شدن به عنوان شن ماسه در بتن و سنگ‌ريزه براي زيرسازي جاده و خطوط راه‌آهن استفاده مي‌گردد. از معايب اين روش خنك كردن، ايجاد تشعشع و گردوغبار و هم‌چنين ايجاد بخارات آلوده كننده محيط، سروصدا را نیز مي‌توان نام برد.

• خنك كردن سرباره به وسيله ريزش درآب:

براي خنك كردن سرباره به اين روش استخرهايی ساخته شده و از آب‌هاي ضايعاتي كارخانه فولادسازي تا نيمه پر مي‌شود، سپس پاتيل سرباره در بالاي استخر قرار گرفته و به تدريج سرباره در حوضچه آب ريخته مي‌شود. جريان سرباره پس از رسيدن به سطح آب شوك ديده و خرد مي‌شود. در اين روش دانه‌بندي سرباره در حدود ۵۰ تا ۱۰۰ ميلي‌متر است. پس از سرد شدن كامل سرباره آب استخر به وسيله پمپ تخليه و سرباره كف استخر به وسيله بلدوزر جمع‌آوري شده و از محل خارج مي‌گردد. از اين روش در كشور ايتاليا براي خنک كردن سرباره استفاده مي‌شود.

• سرد كردن سرباره توسط آب‌وهوا:

روش جديدتري كه نسبت به روش ريختن سرباره در آب اختراع شد در كشور كانادا مورد استفاده قرار مي‌گيرد، و به آن روش “نيمه‌خشك” اطلاق مي‌شود، عبارتست از خنك كردن سرباره به وسيله پاشش آب. در مسير  تخليه سرباره بر روي يك سطح مورب ريخته مي‌شود كه آب به صورت دوش بر روي آن ريخته شده و باعث خرد شدن اوليه سرباره مي‌گردد، سپس توسط يك استوانه چرخان با دور (۳۰۰ rpm/hr) به هوا پاشيده شده و مابقي عمليات سرد شدن در هوا انجام مي‌گيرد در اين روش ميزان مصرف آب در حدود يك مترمكعب براي هر تن سرباره بوده و رطوبت باقي‌مانده در سرباره حدود ۱۰ درصد مي‌باشد. محدوده اندازه دانه‌بندي سرباره در حدود ۱۵-۴ ميلي‌متر بوده و ذرات داراي حالات متخلخل و نيمه كريستالي است. اين نوع سرباره نسبتاَ متخلخل به عنوان شن و ماسه در بتن‌هاي سبك مصرف می‌گردد.

• سردكردن سرباره توسط آب تحت فشار:

در اين روش يك مسير عبور آب تعبيه شده كه در كف مسير، آب با فشار حدود ۶ اتمسفر جريان دارد. جنس جوي از چند پر كربن است. پاتیل سرباره در بالاي جوی قرار گرفته و عمود بر مسير آب سرباره در آب ريخته مي‌شود كه سرعت جريان آب و برخورد سرباره با آن باعث خرد شدن و دانه‌بندي سرباره مي‌گردد. هم‌چنين چون ذرات سرباره هنوز گرم است بخار ايجاد شده درون ذرات به سرعت خارج شده و باعث متخلخل شدن ذرات مي‌گردد. به سرباره‌اي كه به اين روش خنك شده باشد سرباره منبسط شده گويند و اغلب به عنوان عامل جايگزيني سيمان براي تهيه سيمان‌هاي تيپ ۵ و ۲ مصرف مي‌شود.

• اتمیزه كردن توسط مخلوط آب‌وهوا:

در اين روش مخلوطي از دو روش (۵) و (۶) استفاده مي‌شود به‌طوري‌كه دو جريان با فشار زياد از هواي فشرده شده و آب تحت فشار در سر يك نازل با يكديگر مخلوط شده و به صورت جت خارج مي‌گردد. سرباره در تاندیش مخصوص تخليه مي‌گردد و از مجاري باريك به سمت پایين نزول و هم‌زمان با جريان آب‌وهوا برخورد مي‌كند و به شكل اتمیزه در مي‌آيد. مزاياي اين روش نسبت به روش‌هاي قبل كاهش هزينه‌های مربوط به ايجاد هواي فشرده و هم‌چنين كاهش مصرف آب است. در اين روش دانه‌بندي سرباره بيشتر از يك ميلي‌متر و كمتر از پنج ميلي‌متر (۵ mm) است و براي سرباره‌هاي حاصل از ذوب سريع، كوره بلند، كوره‌هاي قوس‌الكتريكي و فولادسازي قابليت استفاده دارد

از مزاياي عمده اين روش مي‌توان به کاهش ضايعات محيط‌زيست، افزايش ضريب ايمني در فولادسازی و كاهش هزينه حمل و نقل سرباره را نام برد.

شرکت چدن‌ریزان جی این آمادگی را دارد که با شرکت‌های بزرگ تولیدکننده فولاد در غالب قرارداد همکاری این تکنولوژی را در اختیار این عزیزان قرار دهد.