متاسفانه اغلب کارخانه های تولید فولاد در کشور با معضل تولید و دپوی حجم عظیمی از غبار کوره قوس الکتریکی مواجه هستند که نه می توانند آن را در طبیعت به حال خود رها کنند و نه روش استفاده ای برای آن پیش بینی کرده اند. دریغ از اینکه روش های متنوع و جالبی برای استفاده مجدد از این غبار پیشنهاد شده است که به حق قابل بررسی هستند. در این مقاله با بررسی این غبار روش های ممکن بازیابی آن مورد بررسی قرار میگیرد.
اساسا غبار کوره قوس الکتریک یکی از ضایعات پرخطر در اکثر کشورهاي صنعتی جهان به شمار می رود. این غبار در طی فرآیند تولید فولاد مذاب از قراضه و آهن اسفنجی در کوره هاي قوس الکتریک تولید می گردد. در حال حاضر از مجموع ظرفیت تولید فولاد در ایران، 60 درصد آن از طریق فولادسازي با کورههاي قوس الکتریکی و با استفاده از آهن اسفنجی است که منتج به تولید حداقل 60,000 تن غبار از کورههاي قوس الکتریک میگردد. براساس برنامه توسعه صنعت فولاد، پیش بینی می شود مقدار غبار کوره هاي قوس الکتریکی به بیش از 100,000 تن در سال برسد.
منابع تولید غبار کوره قوس الکتریکی
در طی مرحله شارژ کردن مواد به کوره، غبارها به صورت ذرات ریز و مواد فرار توسط جریان تلاطمی و گرما آزاد می شوند. متعاقبا به علت دماي کاري بالاي کوره (بالاتر از1600 درجه) در فرایند ذوب و تصفیه، مواد ریز و فرار بیشتري تولید میشود. عناصر فرار نیز مانند روي، سرب و کادمیم که از طریق شارژ وارد کوره شده اند، عموما در مراحل اولیه تبخیر شده و سرانجام تمامی آنها وارد فاز بخار می شوند. عناصر دیگري نیز مانند آهن، کروم، نیکل و منگنز عموما در طول فرآیند تصفیه، اکسید شده و به شکل ذره وارد غبار میشوند. همچنین در انتها ذرات ریز دیگري نیز در طی مرحله تخلیه و بارگیري بسیار متغیر است و نه تنها وابسته به قراضه EAF وارد مخلوط غبار کوره خواهند شد.
ترکیب شیمیایی غبار مورد استفاده و نوع فولاد تولیدي است بلکه وابسته به شرایط کاري و فرآیندها نیز می باشد. از آنجایی که نسبت قراضه فولاد گالوانیزه مورد استفاده در حال افزایش است، ترکیبات شیمیایی روي و سرب نیز در غبار رو به افزایش است. علاوه بر روي، غبار شامل مقادیر قابل توجهی آهن و مقادیر کمتري سرب، منگنز، کلسیم، سدیم و پتاسیم و همچنین مقادیري جزئی از دیگر عناصر مانند کادمیم، کروم، نیکل، مس، منیزیم، سیلیکون و کلر است.
بازیافت فلزات با ارزش به دلیل ترکیب شیمیایی غبار EAF و حضور عناصر با ارزشی مانند روی در آن، این «ماده واند» به عنوان ماده اولیه جهت استخراج روي و یا دیگر عناصر به شمار رود. فرآیندهاي هیدرومتالورژي و پیرو متالورژي جهت استخراج فلزات غیرآهنی مانند روي به کار می روند و عمدتا مواد باقیمانده از این فرآیندها، غنی از آهن بوده و به چرخه تولید فولاد می تواند بازگردانده شود. فرآیندهاي پیرومتالورژي جهت بازیافت غبار EAF تا حدي پیشرفتi تر از فرآیندهاي هیدرومتالورژي هستند.
جدول 1- نمونه نتایج آنالیز شیمیایی نمونه هاي غبارEAF شرکت گروه ملی صنعتی فولاد ایران.
جدول 2 – فازهاي کریستالی موجود در نمونه هاي غبار شرکت گروه ملی صنعتی فولاد ایران.
کاربردها و روش های ممکن برای بازیابی غبار کوره قوس الکتریکی
صنایع آسفالت سیمان و بتن
استفاده از غبار در صنایع آسفالت، سیمان و بتن توسط برخی از محققین اثر افزودن غبار EAF به سیمان آسفالت مورد بررسی قرار گرفته است. تحقیقات نشان می دهد برابر با مقدار غبار EAF افزوده شده به سیمان آسفالت، در هزینه هاي تولید سیمان آسفالت صرفه جویی میگردد، این صرفه جویی متناسب با درصد غبار EAF به کار رفته در سیمان آسفالت می باشد. همچنین نتایج حاکی از افزایش سیلان پذیري مخلوط آسفالت، افزایش استیفنس و کاهش میزان حفرات هوا در آسفالت با افزایش درصد غبار EAF تا درصدي مشخص است.
در تحقیق دیگري امکان استفاده از غبار EAF در ساخت بتن مورد بررسی قرار گرفته است. مشاهده گردیده غبارEAF به عنوان عاملی مفید و مؤثر در تأخیر زمان گیرش بتن به شمار می رود و کلیه اثرات غبارEAF بر خواص بتن مثبت می باشد. افزودن غبار EAF باعث ایجاد تأخیري قابل توجه در زمان گیرش نمونه هاي بتنی شده و استحکام فشاري آنها نیز افزایش می یابد.
صنایع سرامیک و لعاب
استفاده از غبار در صنایع سرامیک، شیشه و لعاب نتایج آزمون هاي انجام شده نشان می دهد افزودن 20 درصد وزنی غبار EAF به خاك رس باعث افزایش کارپذیري خاك رس هاي با پلاستیسیته بالا می گردد. آجرهاي تولید شده خصوصیات ماکروسکوپی عالی داشته و از لحاظ شیمیایی کاملا پایداربوده و نتایج نشان می دهد افزودن 7.5 تا 15 درصد وزنی غبار به نمونه ها باعث بهبود خواص می گردد.
شیشه سازی تزئینی
با توجه به میزان عنصر روي در ترکیب شیمیایی غبار EAF، ممکن است به دلیل مقادیر بسیار کم روي استخراج آن اقتصادي نباشد، در این موارد یکی از روشهاي مناسب جهت بازیافت غبار، شیشه سازي است. این روش علاوه بر آنکه روشی مناسب جهت تثبیت غبار است بلکه روشی براي تولید مواد
شیشه اي و یا شیشه سرامیک نیز میباشد که می تواند کاربردهاي زینتی یا ساختمانی داشته باشد. همچنین به دلیل نوع ترکیب شیمیایی غبار EAF می توان از آن در ساخت لعاب هاي سرامیکی زینتی نیز استفاده نمود. سرب موجود در غبار باعث افزایش میزان سیلان لعاب می گردد که خصوصیتی بسیار مطلوب براي آن محسوب می شود. غبار EAF جایگزین مناسبی براي اکسید روي و اکسید آهن به لحاظ بهبود سیلان لعاب و رنگ آن میباشد.
پوشش دهی آهن اسفنجی
استفاده از غبار جهت پوشش دهی آهن اسفنجی در عملیات هاي پوشش دهی آهن اسفنجی، هدف کاهش یا حذف تخلخل سطحی به وسیله نفوذ پوشش به داخل خلل و فرج آهن اسفنجی و جلوگیري از نفوذ اکسیژن به داخل آن است. در این رابطه جهت پسیوسازي DRI از مخلوط هاي مختلف دولومیت، بنتونیت، آهک و غبار EAF استفاده شده و خواص پوشش هاي با مخلوط مواد مختلف مقایسه شده اند. نتایج نشان داده است پوشش دولومیت-غبارEAF نسبت به سایر پوشش ها یکنواخت تر بوده و تراکم بیشتري داشته و تا حد زیادي غیر متخلخل و همچنین داراي ضخامت بیشتري است، بطوریکه باعث مقاومت بیشتر DRI در برابر اکسیداسیون گردیده است.
صنعت کشاورزی
اغلب محصولات زراعی و باغی حساس نسبت به کمبود آهن که در خاکهاي قلیایی در ایران کشت میشوند، ازکمبود آهن رنج میبرند. این گیاهان نسبت به کود معدنی آهن، واکنش مناسبی از خود نشان نمی دهند، بنابراین از روش هاي مهم درمان عارضه کلروز آهن، استفاده از کودهاي مختلفی که حاوي آهن و مواد اصلاحی می باشند، است. نتایج تحقیقات انجام شده حاکی از تأثیر مثبت کود آهن حاصل از غبار کوره قوس الکتریک جهت رفع عارضه کلروز آهن می باشد.
- مقاله «مشخصه یابی غبار کوره قوس الکتریکی با نسبتهاي مختلف مصرف قراضه به آهن اسفنجی و ارائه روش اقتصادي جهت بازیافت آن» به قلم مهدی علیزاده؛ چاپ شده در سمپوزیم فولاد 93
متشکرم بسیار کاربردی بود