مقاله بررسی انواع پسماندهای صنایع فولاد

بخشی از مقاله

بررسی انواع پسماندهای صنایع فولاد

چکیده

با توجه به تنوع موارد استفاده فولاد در دنیا و گسترده شدن دایره مصرف آن با پیشرفت تکنولوژی، تولید فولاد همگام با پیشرفت تکنولوژی، تغییرات بسیاری داشته است، که در پی این تغییرات تولیدکنندگان سعی در بالا بردن بهرهوری و استفاده از انرژی و سوختهای ارزانتر با توجه به محیط جغرافیایی خود کردهاند. پسماندهای تولیدی در این صنعت با وجود مواد خطرناک از جمله فلزات سنگین، براساس طبقه بندی های موجود پسماندها، جز پسماندهای خطرناک طبقه بندی می شوند. به همین دلیل شناسایی و آنالیز و مدیریت چنین پسماندی در این نوع صنایع ضرورت دارد. رهاسازی پسماندهای خطرناک فوق الذکر در طبیعت می تواند در صورت تجاوز از شرایط قابل پذیرش محیط، مسایل و مشکلاتی را برای محیط زیست ونهایتاًسلامتی انسان در پی داشته باشد. لذا مدیریت مناسب این مواد زائد خطرناک به منظور کاهش و کنترل آلودگی محیط زیست از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشد.

کلمات کلیدی: مدیریت پسماند، صنایع فولاد، پسماند صنعتی، کنترل آلودگی محیط زیست.

مقدمه

کلمه فولاد به آلیاژهایی گفته می شود که حداقل پنجاه درصد آن را آهن تشکیل می دهد و شامل یک یا چند عنصر دیگر می باشد. این عناصر معمولا شامل کربن، منگنز، سیلیسیم، نیکل ، کروم، وانادیم، مولیبدن، تیتانیوم، نیوبیم و آلومینیوم هستند (قاسم زاده .(1392 پس از عبور بشر از مراحل ابتدایی تولید فولاد و آغاز عصر آهن بتدریج روش های صنعتی برای تولید این فلز بکار گرفته شد که بطور خلاصه بشرح ذیل می باشند:

• ساخت اولین کوره بلند در مقایسه صنعتی بر پایه استفاده از کک توسط آبراهم داربی در سال 1735 میلادی
• تولید فولاد به روش زیمنس – مارتین در سال 1840 - 1856

• تولید فولاد به روش بسمر ( محیط اسیدی) در سال 1856

• تولید فولاد به روش توماس ( محیط بازی) در سال 1878

• ساخت کوره قوس الکتریکی توسط پاول هرولت در سال 1900

• ابداع روش کنورتور اکسیژنی و ریخته گری پیوسته از سال 1940 - 1950 و تولید انبوه فولاد

• ابداع و صنعتی شدن روش احیا مستقیم در اواخر دهه 60 میلادی (چاترجی .(1995
فرآیند تولید فولاد نیازمند چند مرحله پی در پی است. امروزه دو نوع تکنولوژی برای تولید فولاد استفاده می شود، کوره اکسیژنی (BOF) و کوره قوس الکتریکی .(EAF) اگر چه در این دو تکنولوژی از مواد ورودی مختلفی استفاده می شود، ولی

1

خروجی هر دو نوع کوره، فولاد مذاب است که محصولات فولادی را تشکیل می دهد (شکل .(1 مواد ورودی BOF ، آهن مذاب ، قراضه، و اکسیژن است. درEAF، برق و قراضه به عنوان مواد ورودی استفاده می شود. روش BOF معمولا برای تولید تناژ بالای فولاد کربنی مورد استفاده قرار می گیرند، در حالی که EAF برای تولید فولاد های کربنی و آلیاژهای تناژ پایین و فولادهای ویژه استفاده می شود. فرآیندهای قبل از تولید فولاد در BOF بسیار متفاوت از کوره قوس الکتریکی است، اما مراحل پس تولید فولاد مذاب در هر دو روش یکسان است. روش های تولید فولاد در شکل 2 نشان داده شده است (نخعی و همکاران .(1391

شکل .1 دیاگرام روش های تولید فولاد

تولید فولاد به صورت کاهش شیمیایی سنگ آهن، یا یک فرایند کاهش مستقیم تعریف می شود. در فرآیند تولید فولاد به صورت متعارف، آهن حاصل از کوره بلند در BOF به فولاد تبدیل می شود. همان طور که اشاره شد، فولاد نیز می تواند در کوره قوس الکتریکی از قراضه های فولاد و در برخی موارد، از کاهش مستقیم آهن ساخته شود. در تکنولوژی جدید، فولاد به طور مستقیم از سنگ آهن تولید می شود. در فرایندBOF ، ساخت کک و ساخت آهن، مراحل قبل از فولاد است درحالیکه، این

2

مراحل در EAF لازم نیست. آهن خام از توده سنگ معدن آهن (کلوخه یا اسفنجی) با استفاده از کک و سنگ آهک در کوره بلند تولید می شود. پس از آن به صورت مذاب همراه قراضه های فلزی، کمک ذوب، آلیاژها، و اکسیژن با خلوص بالا برای تولید فولاد به BOF وارد می شود. در برخی از کارخانه های تولید فولاد، کلوخه سازی (گرمایش، بدون ذوب) برای بهم بستن و سخت شدن سنگ آهن استفاده می شود (سعیدی و ستوده .(1385

براساس جدیدترین آمار منتشر شده انجمن جهانی فولاد، ایران در سال 2013 پانزده میلیون و چهارصد هزار تن فولاد خام تولید کرده که این رقم در سال 2012 برابر چهارده میلیون و پانصد هزار تن بوده و بنابراین تولید 6/2 درصد رشد داشته است که با این تناژ تولید ایران در رتبه 15 تولید کنندگان فولاد قرار دارد (سازمان جهانی فولاد .(2014 شکل 2 فرایند تولید فولاد در ایران را در سال 2013 نشان می دهد. همان طور که دیده می شود %86/9 فولاد تولیدی در ایران با استفاده از کوره قوس الکتریک تولید می شود (کتاب سال آمار فولاد .(2014

کوره اکسیژنی %13

کوره قوس الکتریک %87

شکل.2 تولید فولاد خام در ایران براساس فرآیند تولید

در ساخت فولاد با استفاده از BOF، مراحل کک سازی و آهن سازی پیش از فولاد سازی قرار دارد، این مراحل برای ساخت فولاد به روش EAF مورد نیاز نیست. کک، که منبع سوخت و کربن است، توسط گرم کردن زغال سنگ در غیاب اکسیژن در دمای بالا در کوره های کک تولید می شود. سپس با گرم کردن کک، سنگ آهن و سنگ آهک در کوره ذوب آهن، آهن خام تولید می شود. در BOF، آهن مذاب از کوره بلند با مواد کمک ذوب و فولاد قراضه ترکیب شده و اکسیژن با خلوص بالا تزریق می گردد. این فرایند، به همراه مراحل ساخت کک، ساخت آهن، فولادسازی، و پس از آن فرمدهی و عملیات پایانی به عنوان تولید کامل یکپارچه تعریف می شود. در EAF، ماده ورودی در درجه اول قراضه فولاد است که با عبور جریان الکتریکی توسط الکترودها، قراضه ها ذوب و تصفیه می شود. فولاد مذاب از هر دو فرایند به صورت شمش و ورقه درآمده که به محصولات نهایی نورد می شود. عملیات نورد ممکن است نیاز به دوباره گرم کردن، لوله کردن، تمیز کردن و پوشش دادن فولاد داشته باشد (چاترجی .(1995

در فرایند اسیدشویی، سطح فولاد را به طور شیمیایی، از زنگ زدگی ها، و سایر مواد تمیز می کند. اسیدهای معدنی مانند اسید هیدروکلریک و اسید سولفوریک معمولا برای اسیدشویی استفاده می شود. فولادهای ضد زنگ با اسیدهای هیدروکلریک، نیتریک و هیدروفلوریک غوطه ور می شوند. مایع اسید شویی پس از مصرف، اگر حاوی اسید باقی مانده قابل توجه و غلظت بالایی از نمک های آهن محلول باشد جز پسماند خطرناک محسوب می شود. اسید شویی قبل از پوشش، ممکن است از حمام

3

اسیدی ملایم استفاده شود که لزوما خطرناک نیست. به طور کلی فولاد از حمام اسید شویی با چندین مرحله شستشو عبور می کند. پاک کننده قلیایی نیز ممکن است برای حذف روغن های معدنی و گریس و چربی ها از سطح فولاد قبل از نورد سرد مورد استفاده قرار گیرد. مواد تمیز کننده قلیایی معمول عبارتند از: سود سوزآور، خاکستر سود، سیلیکات های قلیایی، و فسفات ها. محصولات فولادی اغلب برای جلوگیری از اکسیداسیون پوشش داده می شود تا طول عمر محصول آن افزایش یابد. محصولات پوشش دار نیز می تواند برای مهار خوردگی بیشتر رنگ شود. فرایندهای پوشش معمول عبارتند از: گالوانیزه (پوشش روی)، پوشش قلع، پوشش کروم، آلومینه کردن و پوشش ترنه (سرب و قلع). فرآیندهای پوشش فلزی شامل اندود کردن، پاشش فلز، روکش فلزی (برای تولید محصولات دو فلزی)، و آبکاری می باشد (چرمیسینوف .(2003 روند کلی تولید فولاد به طور خلاصه در شکل 3 نشان داده شده است.

برآورد پسماندهای تولیدی در طول فرآیند فولادسازی

در ساخت فولاد به روش های BOF و EAF، از مواد کمک ذوب و آلیاژکننده ها استفاده می شود که ممکن است شامل: فلوریت، دولومیت و عوامل آلیاژی مانند آلومینیوم، منگنز باشد.
پسماند جامد ناشی از فرآیند عمومی تولید فولاد شامل لجن کوره و غبارجمع آوری شده، با سرعت متوسط تولید 300 کیلوگرم/ تن از ساخت فولاد تا 500 کیلوگرم / تن که 30 کیلوگرم آن ممکن است شامل مواد خطرناک متناسب با غلظت فلزات سنگین باشد. حدود %65 لجن BOF از ساخت فولاد می تواند در صنایع مختلف مانند مواد ساختمانی و در برخی موارد پشم شیشه بازیافت شود (چرمیسینوف .(2003

از پسماندهای ناشی از مراحل مختلف در فرآیند فولاد سازی میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
کک سازی: لجن آهک، لجن قیری مخزن جداکننده، باقیمانده قیر، ترکیبات گوگردی (انتشار یافته از انباشته های کوره های کک) و ...

فولاد سازی: غبارهای کوره های اکسیژن بازی، لجن و پسماندهای حاوی فلزات، غبارهای کوره های قوس الکتریکی و لجن (به طور کلی، 20 پوند غبار به ازای هر تن فولاد انتظار می رود )، گرد فلزی متشکل از ذرات آهن، روی، و سایر فلزات مربوط به قراضه و کمک ذوب (آهک و / یا فلوریت) و سرباره ها ( ای پی ای .(1995

بخش های پایانی و نورد که ممکن است شامل لجن فاضلاب حاصل از نورد، و عملیات شستشو که ممکن است حاوی کادمیوم، کروم و سرب باشد، روغن و گریس ها از نورد سرد و گرم، پسابهای حاصل از حمام های شستشو ( آب شستشو از فرآیندهای پوشش ممکن است حاوی روی، سرب، کادمیوم، و یا کروم باشد)، تراشه های فلزی حاصل از نورد پایانی ممکن است پسماندی با مشخصه کروم داشته باشد و همچنین پسماند روی.