در فرآيند توليد آهن و فولاد، علاوه بر محصول اصلي، محصولات ديگري نيز توليد مي‌گردند كه محصولات جانبي (By-Product) ناميده مي‌شوند. در صورت عدم توانايي صنايع فولادي در بازيابي و استفاده از اين محصولات، با توجه به حجم توليد بالاي آنها، اين محصولات مشكلات زيادي را از نظر آلايندگي ايجاد مي‌نمايند. از جمله محصولات فرعي توليد آهن و فولاد، سرباره، گردوغبار، لجن، ورق‌هاي پوسته شده و لايه‌هاي اكسيدي هستند كه در ميان اين محصولات، سرباره به سبب ميزان توليد بسيار بيشتر در مقايسه با ساير محصولات جانبي، توجه بيشتري را مي‌طلبد:
تاريخچه
حدود 350 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: 1) سرباره كورة بلند (سربارة آهن خام) و 2) 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 25 تا 30 درصد توليد آهن خام (Pig Iron) و 10 تا 15 درصد توليد فولاد خام تخمين زد. با استفاده از اين تخمين مي‌توان آماري براي توليد سرباره در جهان، ايالات متحده و ايران ارايه نمود.
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 2002، در كشور آمريكا حدود 19ميليون تن سرباره به ارزش 300ميليون دلار مصرف شده است كه حدود 60 درصد آن، سربارة كوره بلند به ارزش 270ميليون 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).
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 1990 تا سال 2002 نشان مي‌دهد:
شكل 1- محصولات جانبي مصرف نشده شركت سوميتومو (هزار تن)
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.87 (2002), 38-44
Iron and Steel Slag , U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries, January 2004
Blast Furnace Slag, National Slag Association ( U.S. )
Steel Slag, National Slag Association ( U.S. )
• New Uses for Steel Mill Slag A Valuable Resource fromWaste, Available from
تاريخچه
حدود 350 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: 1) سرباره كورة بلند (سربارة آهن خام) و 2) 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 25 تا 30 درصد توليد آهن خام (Pig Iron) و 10 تا 15 درصد توليد فولاد خام تخمين زد. با استفاده از اين تخمين مي‌توان آماري براي توليد سرباره در جهان، ايالات متحده و ايران ارايه نمود.
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 2002، در كشور آمريكا حدود 19ميليون تن سرباره به ارزش 300ميليون دلار مصرف شده است كه حدود 60 درصد آن، سربارة كوره بلند به ارزش 270ميليون 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).
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 1990 تا سال 2002 نشان مي‌دهد:
شكل 1- محصولات جانبي مصرف نشده شركت سوميتومو (هزار تن)
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.87 (2002), 38-44
Iron and Steel Slag , U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries, January 2004
Blast Furnace Slag, National Slag Association ( U.S. )
Steel Slag, National Slag Association ( U.S. )
• New Uses for Steel Mill Slag A Valuable Resource fromWaste, Available from
