مواد زائد (سرباره) درصنعت فولاد

آشنایی با سرباره یا مواد زائد در صنایع فولادی

سرباره يك محصول فرعي اجتناب ناپذير در توليد  اغلب فلزات است . خارج سازي سرباره از محيط كارخانه و دفن آن حتي هزينه زيادي به اين صنعت تحميل ميكند . از طرف ديگر سرباره ها بسته به روش توليد حاوي عناصر فلزي و تركيبات مختلف ميباشند . به دليل استفاده از دمش اکسیژن در كوره قوس الكتريكي و مصرف آهن اسفنجي ، سرباره نيز شامل درصد زيادي آهن ميباشد . از طرفي مشخصات فيزيكي ، شيميايي و مكانيكي سرباره كوره قوس الكتريك با شارژ آهن اسفنجي با سرباره توليدي در ساير روشهاي فولادسازي متفاوت است .

فعل و انفعالات شیمیایی کوره بلند:

در کوره بلند ، عمل احیا ، بین دو ستون که در دو جهت مخالف یکدیگر در حرکت‌اند، صورت می‌گیرد. ستون گازهای متصاعده و ستون بار کوره که به تدریج مواد اولیه از بالای کوره بارگیری پایین می‌آید گرم و احیا می‌شود، بطوریکه به منطقه شکم کوره می‌رسد،سنگ‌های آهن احیا شده و یک قسمت از سرباره تشکیل شده، به حالت مذاب در می‌آید.
احیا سنگ آهن توسط اکسیدکربن ، در دمای 200 درجه سانتیگراد شروع و با افزایش درجه حرارت ، عمل احیا تسریع می‌گردد. مراحل احیا شدن Fe2O3 بترتیب زیر است:

Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe  

و فعل و انفعالات مربوطه بصورت زیر است:

 3Fe2O3+CO↔2Fe3O4+CO2
Fe3O4+CO↔3FeO+CO2
Fe+CO↔Fe+CO2

هوا جهت احتراق کک از لوله‌های دم که در بالای بوته قرار دارد، وارد کوره می‌گردد. به محض تماس کک و هوا ، احتراق صورت گرفته و اکسیدکربن بدست می‌آید:
+ C+O₂→CO₂+C→2COگرما

هیدروژن ، از تجزیه بخار آب موجود در هوای دم بر اثر کک طبق فرمول زیر حاصل می‌شود:

C+H₂O→CO+H₂

ازت موجود در گاز کوره ، عملا غیر فعال بوده و فقط به مقدار کمی با کربن داغ ترکیب و تولید گاز سیانوژن می‌کند:

C+N→CN

گاز ازت با هیدروژن نیز ترکیب شده تولید آمونیاک می‌کند:
2N+3H2→2NH3

مواد مذاب حاصل شامل آهن خام و سرباره می‌باشند که به سمت بوته کوره که قسمت پایینی استوانه است جاری می‌شوند و به علت وزن مخصوص متفاوت آهن و سرباره این دو از یکدیگر جدا می‌شوند و آهن توسط شیر تخلیه تحتانی و سرباره توسط شیر تخلیه فوقانی از انتهای کوره بلند تخلیه می‌شوند.
مقداری از گوگرد ، فسفر، منگنز و سیلیس موجود در سنگ معدنی که بصورت اکسید و ناخالصی بوده‌اند، به همراه آهن از کوره خارج می‌شوند. بدین ترتیب ، فرایند تولید آهن خام و فلز کوره بلند از "ذوب آهن"  که 90 درصد آهن خام تولید شده، شامل آهن (Fe) و بقیه عناصری از قبیل C , P , Mn, Si می‌باشد.

كاربرد سرباره در صنعت به 2 بخش تقسيم ميشود : يكي كاربرد مستقيم سرباره فولاد در فرايند توليد آهن و فولاد و ديگري بازيابي فلزات از سرباره فولادي و كاربرد سرباره باقي مانده خارج از فرايند توليد آهن و فولاد . %90-50 از سرباره فولاد براي بازيابي فلز استفاده ميشود و سپس در خارج از فرايند توليد آهن و فولاد مصرف ميشود . حدود 85 درصد از توليد سالانه سرباره فولاد هم اكنون تحت يكي از عمليات جداسازي و بازيافت قرار ميگيرد.
سرباه توليد شده در فولادسازي نيز كاربردهاي متنوعي دارد. از اين سرباره در ساخت روكش مقاوم براي جاده ها ، توليد آسفالت هاي مقاوم در برابر لغزش و زيرسازي و  شانه سازي جاده ها، استفاده مي شود.  

 آسفالت متخلخل از سنگدانه هاي درشت دانه با دانه بندي باز ساخته مي شود. اين آسفالت، بعلت بافت متخلخل و پر حفره، آب ناشي از بارندگي را ، بسرعت زهكش مي كند.

علاوه بر اين، سرباره فولادسازي در ساخت سيمان پرتلند نيز استفاده مي شود. استفاده از اين ماده در سيمان پرتلند، سبب افزايش ظرفيت توليد، كاهش آلودگي محيط زيست و صرفه جويي در مصرف انرژي مي شود.

همچنين از اين سرباره در صنعت سراميك:

در ساخت سراميك هاي ضدسايش
در آب و فاضلاب، سد و سيل بند، بسترسازي رودخانه ها و... 
و در شهرسازي: در سنگ فرش پياده روها استفاده مي شود. 

كاربردهاي كشاورزي و كمك به بهبود زيست محيطي سواحل و كاهش آلاينده هاي زيست محيطي با ساخت فيلترهاي جاذب فلزات نيز از كاربردهاي ديگر سرباره هاي آهن و فولاد است.

دیگر مقالات مرتبط آزمایشگاه محیط زیست

• اندازه گیری آلاینده های زیست محیطی
• انتخاب صحیح فناوری کاهش NOx در نیروگاهها