موارد استفاده سرباره فولادی در صنایع
درباره صنایع آهن و فولاد، زباله یا ماده‌ای ارزشمند؟
تاریخچه
حدود 350 سال پیش از میلاد مسیح(ع) ارسطو ف فیزیکدان 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.
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، جداول 1 و 2 این ارقام را نشان می‌دهد:
جدول 1- سرباره به‌دست آمده از تولید آهن خام (برحسب هزار تن)
جدول 2- سرباره به‌دست آمده از تولید فولاد خام (برحسب هزار تن)
جدول 3- کل سربارة تولید شده از آهن و فولاد (برحسب هزار تن)
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.
جدول 4- بازار سرباره را در ایالات‌متحده بین سال‌های 1998 تا 2002
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. نمودار زیر نتایج فعالیت شرکت ژاپنی سومیتومو (Sumitomo) را برای کاهش محصولات جانبی باقیمانده و مصرف‌نشده از سال 1990 تا سال 2002 نشان می‌دهد:
شکل 1- محصولات جانبی مصرف نشده شرکت سومیتومو (هزار تن)
کاربرد های 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.
