چگونه از ضایعات سنگی ، سنگ مصنوعی تولید کنیم؟
در دهه های اخیر رشد صنعتی و افزایش تولید و در نتیجه مصرف سبب کاهش سریع ذخایر طبیعی مواد خام و انرژی شده است. از طرف دیگر حجم بالای تولید سبب تولید مقادیر زیاد مواد باطله و ضایعات شده است که اثرات منفی زیادی بر محیط زیست دارند. بسیاری از کشورها و سازمانهای بین المللی در زمینه کاهش این ضایعات و استفاده مجدد از آنها فعالیت میکنند.
مطلب پیشنهادی : طرح بازیافت انواع مختلف آلیاژ
ضایعات معدنی را میتوان به عنوان مواد باقیمانده، باطله ها و یا مواد بی ارزشی که بعد از استخراج و فرآوری مواد برای تولید محصول با ارزش بوجود میآیند در نظر گرفت. تا کنون هیچگونه معیار واحد و مشخصی برای طبقه بندی باطله های معدنی ارائه نشده است. معیار ارائه شده بایستی مشخصات کامل اقتصادی و امکان استفاده نهایی از آن و میزان فرآیند مورد نیاز برای تبدیل را در نظر بگیرد. معیار ساده ای توسط Harrison و همکاران ارائه شده است که در ذیل آمده است. در این معیار چهار گروه وجود دارد که شرح آنها به صورت زیر است :
- گروه 1) باطله هایی که با کمترین میزان فرآوری امکان استفاده از آنها به عنوان مواد مورد استفاده در ساخت و ساز وجود دارد، مانند باطله های با حجم زیاد از کانی های صنعتی. در این مورد بازار مصرف در فاصله کمی از معدن قرار دارد ولی مقدار زیادی از باطله بایستی جابه جا شود.
- گروه 2) باطله هایی که به مقدار کمی فرآوری نیاز دارند تا بتوان محصول با ارزشی تولید کرد. به عنوان مثال حذف ناخالصیهای آهن از باطله های کوارتز و تولید ماسه سیلیسی. مقدار زیادی باطله بایستی عمل آوری شود و در نهایت مقدار کمی باطله مجددا تولید میشود. بازار مصرف آن بزرگتر و گاهی بین المللی است.
- گروه 3) باطله هایی که حاوی مقادیر کمی از مواد با ارزش هستند و به فرآوری بیشتر و گاهی پیچیده تری نیاز دارند. عیب این مواد این است که حجم زیادی باطله مجددا تولید و هزینه سرمایه گذاری نیزبالا است. در این مورد بازار مصرف معمولاً بین المللی است.
- گروه 4) باطله هایی که حاوی مقادیر خیلی کمتری از مواد با ارزش (فلزات) هستند و سایر موارد گروه 3 در مورد آنها نیز صادق است.
تاکنون مطالعات زیادی در مورد استفاده از باطله های کانی های صنعتی صورت نگرفته است. در صورتیکه کاربردهای صنعتی برای این باطله ها ارائه شود، سود دهی اقتصادی فرآیندهای استخراج آنها افزایش خواهد یافت .
مطلب پیشنهادی : طرح احداث واحد بازیافت لاستیک
استفاده مجدد از باطله های معدنی از دیدگاه اجتماعی و زیست محیطی اهمیت دارد اما انجام این کار بایستی اقتصادی باشد و از طرفی مشکل تکنولوژیکی و محدودیت فنی نیز وجود نداشته باشد. فواید استفاده مجدد از باطله ها عبارتند از:
- استفاده موثر از منابع و ذخایر
- کاهش مشکلات زیست محیطی
- افزایش سوددهی (افزایش درآمد و کاهش هزینه دفع باطله ها)
- ایجاد توسعه پایدار
عوامل موثر در تولید ضایعات سنگ
در هنگام استخراج ضایعات توسط عوامل زیرایجاد میشوند:
- توسط دستگاه بلوک بر
- توسط اره گروه های چند تیغه ای
- توسط چکش
- انواع مختلف ناپیوستگی ها و شکستگی های موجود در سنگ معدن
- روند استخراج در جهت عکس شیب طبقات نباشد
- استخراج معادن به روش انفجار
- توسط دستگاه سیم برش هنگام برش سنگ
مطلب پیشنهادی : آشنایی با طرح احداث واحد بازیافت آهن قراضه
میزان تولید ضایعات سنگی در ایران
در ایران بیشترین ضایعات سنگ مربوط به سنگ گرانیت است و ضریب کوپدهی در معادن سنگ گرانیت حدود 40 درصد است. علت این امر روش استخراج معادن گرانیت در کشور است که فاصله زیادی با استانداردهای جهانی دارد. در معادن سنگ نرم از جمله تراورتن با توجه به استفاده از روشهای مکانیزه، مقدار ضایعات کمتر میباشد و ضریب کوپدهی حدود 80 درصد است در گذشته ضایعات سنگ تراورتن در معادن دپو میشدند ولی هم اکنون با افزایش قیمت سنگ، فرآوری این ضایعات از نظر اقتصادی توجیه پذیر شده است.
در کشور ایران 90 درصد ضایعات مواد نرم جهت تولید پلاک مورد استفاده قرار میگیرد. همچنین در معدن سنگ تراورتن دینگه کهریز همدان در مسیر همدان – ملایر، بلوکهای کوچکتر و با وزن حدود 7 تن کمتر جزء ضایعات محسوب میشود و از مواد باطله برای تولید سنگهای آنتیک و لقمه استفاده میگردد .
بخشی از ضایعات سنگ معمولاً هنگام استخراج معادن تراورتن ایجاد میشود به ویژه در مواقعی که سنگ دارای کیلواژ، درزه و شکاف های نزدیک به هم باشد، حدود 20% سنگ استخراج شده به صورت صورت سنگ لاشه و ضایعات محسوب میشود. این مواد به عنوان محصولات جانبی معدن به حساب میآیند.
بازیابی و استفاده مجدد از ضایعات سنگی
در سالهای اخییر استفاده از ضایعات معادن و کارخانه های فرآوری سنگ توسعه یافته است. از انواع این کاربردها می توان به ساخت سنگ مصنوعی، پودر سنگ، مصنوعات سنگی، انواع سیمان و آسفالت های مخصوص و کف پوشهای سرامیکی اشاره کرد. بسته به نوع سنگ میتوان از آنها استفاده های زیادی کرد. اگر سنگ های ضایعاتی از نوع آذرین باشند که سخت هستند می توان برای تولید سنگفرش استفاده نمود ولی اگر سنگها نرم باشند مانند تراورتن میتوان آنها را به پودر سنگ تبدیل نمود یا از آنها برای تهیه سنگهای آنتیک که در نماها استفاده میشود بهره برد .
مطلب پیشنهادی :طرح توجیهی کارخانه کاشی اسلب
در ادامه به این کاربردها اشاره میشود :
-
- تولید پودر سنگ
در حدود 40 درصد (86 هزار مترمکعب در سال) از باطله تولید شده در استخراج روباز به صورت قطعات سنگی هستند که در محل پیتهای قدیمی، یا در بستر راهها و رودخانه ها و یا در مراتع و زمینهای کشاورزی دپو میشوند که سبب ایجاد آلودگیهای زیست محیطی در وسعت زیاد میشوند. این مواد را میتوان به عنوان ماده اولیه برای تولید پودر سنگ مورد استفاده قرار داد. مراحل انجام فرآیند به صورت زیراست :- انتقال ضایعات سنگی توسط فیدر یا کامیون به سرند
- دانه بندی با سرند
- سنگ شکنی
- سرند کردن
- آسیاب کردن
- سرند کردن مجدد
- بسته بندی
- تولید سنگ مصنوعی
یکی از موارد کاربرد جدید برای ضایعات سنگی ساخت سنگهای مصنوعی است. شکل(2) فلوشیت تولید سنگ مصنوعی از ضایعات سنگی و شکل (3) قسمت های مختلف یک کارخانه تولید سنگ مصنوعی و شکل (4) نمونه هایی از محصولات تولید شده را نشان میدهد. همانگونه که در شکلهای 2 3 و مشخص است مراحل مختلف تولید سنگ مصنوعی به صورت زیراست :- تهیه مواد اولیه و مخلوط کردن آنها با نسبت مناسب، شکل 3- الف
- وارد شدن خوراک با فرمولاسیون مورد نظر به کارخانه، شکل 3- ب
- استفاده از فشار خلا برای فشرده شدن مخلوط مواد اولیه و رزین و تهیه بلوکهای اولیه، شکل 3- ج
- برش دادن بلوکهای اولیه به بلوکهای نازک تر، شکل 3- د
- سمباده زدن و صیقل کاری و پولیش برای ایجاد سطح صاف و براق در سنگ، شکلهای 3- ه و 3- و
- نقش زدن برای ایجاد طرح و رنگ در روی سنگ، شکل 3- ز
- برش دقیق بلوکها برای تعیین دقیق ابعاد مورد نظر و تهیه محصول نهایی، شکلهای 3- ک و 3- ل
شکل(2): فلوشیت تولید سنگ مصنوعی از ضایعات سنگی 
3- الف : فرمولاسیون مواد اولیه 
3- ب: ورودی خوراک 
3- ج: مخلوط کردن، فشار تحت خلاء 
3- د: برش دادن بلوکها به قطعات نازک 
3- ه: سمباده زدن و صیقل کاری 
3- و: پولیش کردن 
3- ز: نقش زدن و طراحی 
3- ک : برش دقیق 
3- ل : محصولات نهایی شکل (3): قسمتهای مختلف کارخانه تولید سنگ مصنوعی
- تولید پودر سنگ
مطلب پیشنهادی : آشنایی با طرح احداث واحد بازیافت پت
- تولید مصنوعات سنگی
بسته به نوع سنگ میتوان از آنها استفادههای زیادی کرد. اگر سنگهای ضـایعاتی از نـوع آذریـن باشـند کـه سخت هستند میتوان از آنها برای تولید سنگفرش استفاده نمود ولی اگر سنگها نرم باشند مانند تراورتن میتـوان آنها را به پودر سنگ تبدیل نمود یا از آنها برای تهیه سنگهای آنتیک که در نماها استفاده میشود بهره برد.ضایعات سنگهای تراورتن به علت مقاومت قابل قبول، سختی کم و قابلیت ساب و برش، شکل پذیری، وجود تخلخل جهت چسبیدن کامل به ملات برای ساخت مصنوعات سنگی مناسب میباشند ضمن اینکه زیبایی ظاهر، بلوری بودن، سهولت دسترسی، تنوع رنگها، ارزانی نسبت به سایر سنگها و عدم امکان آلتره شدن ذخایر آن از مزایای دیگر سنگهای تراورتن است .انواع مصنوعات ساخته شده از ضایعات سنگی:
- سنگ آنتیک (فانتزی)
- سنگ گیوتینی (سنگ لقمه )
- تولید سیمانهای ویژه
در معادن آهک مقادیر قابل توجهی از پودر سنگ آهک به عنوان محصول فرعی سنگ شکن ها تولید میشود. این مواد ریز برای محیط زیست مضر هستند و چنانچه فیلتر نشوند سلامتی افراد را به خطر می اندازند. به همین دلیل معمولاً با استفاده از فیلترهای خلا جمع آوری میشوند. در فرآیند تولید آگرگاتهای دانه درشت این مواد معمولاً 1% از کل را تشکیل میدهند اما چنانچه تولید آگرگاتهای ریز دانه تر مورد نظر باشد میزان تولید مواد فوق ریز به 2-5% افزایش می یابد.در نتیجه مقادیر قابل توجهی از این مواد جمع آوری میشود که استفاده از آنها با مشکلات زیادی همراه است. در بسیاری از معادن از این مواد برای پرکردن زمین استفاده میشود و یا اینکه در دامپ های باطله به صورت روباز و کنترل نشده جمع آوری میشوند. درنتیجه مشکلات زیست محیطی در اثر وزش با و سایر عوامل جوی ایجاد شده که با خطرات زیادی از جمله سرطان برای افراد همراه است.از یکی از کاربردهایی که اخیرا برای این مواد پیدا شده است استفاده از آنها برای بهبود ویسکوزیته سیمانهای مخصوص (SSC – concrete compacting-self) میباشد. این سیمانها دارای قابلیت تغییر شکل بالایی هستند و از مقاومت بالایی بخصوص در مناطقی که بارندگی در انها زیاد است برخوردارند. بدین ترتیب مواد ریز حاصل از طرحهای سنگ آهک ذخیره مناسبی برای استفاده در این سیمانها میباشند.
اسلیت یک سنگ متامورفیک فشرده است که در نتیجه دگرگون شدن رسوبات ریز دانه بوجود . با وجود آنکه ترکیب این سنگ به ناحیه تشکیل بستگی دارد، انواع مختلف اسلیتها بر اساس رنگشان طبقه بندی میشوند. رنگ اسلیت ها بر اساس ترکیب و اندهزه ذرات کلریت، دانسیته، ضریب جذب آب، قدرت پیوندی و… تغییر می کند. ترکیب کانی شناسی اسلیت شامل کوارتز، فیلوسیلیکاتها (مانند کلریت و موسکویت) میو ایلیت باشد.
شکل (5) : سیستم جمع آوری و دفع ذرات نرمه و گرد و غبار در فرآوری سنگ آهک - تولید کاشیها و کف پوشه
با توجه به ساختار صفحه ای اسلیت معمولاً آنرا به صورت صفحات نازک در پوشش کف و سقف و سنگفرش مصرف می کنند. با این حال استخراج اسلیت همواره با تولید حجم زیادی باطله به صورت لجن همراه است که برای سیستم آبکشی مضر است و از آن برای پر کردن زمینهای خالی استفاده میشود. Gonzalez و همکاران روشهایی را برای کاهش این باطله ها با استفاده مجدد از آنها و یا برش سنگ با لیزر ارائه کرده اند. آنها بر اساس اندازه ذرات این باطله ها را طبقه بندی و کاربردهای آنها در صنایعی مانند سیمان، پرکردن حفره های ریز در آسفالت کردن جاده ها و روکشی دیوارها را مشخص نموده اند.یکی دیگر از مسایل مربوط به این باطله ها خطرات ایجاد شده برای سلامتی کارگران در اثر تنفس ذرات به صورت گرد و غبار است. یکی از کاربردهای مهم ارائه شده استفاده از گل و لجن تولید شده در تولید کاشی و سرامیک ها میباشد. در این مورد یا خردایش و دانه بندی مجدد این مواد از آنها در ساخت کاشی ها استفاده شود. - تولید آسفالتهای ویژه
یکی از صنایع مهم تولید کننده آلودگی، صنعت تولید سنگ ماربل است. در حدود 70 درصد از این کانی با ارزش طی عملیات استخراج، فرآوری و پولیش کردن تلف میشود. ضایعات فرآوری که حدود 30 درصد وزنی بلوکها را شامل می شود، به پودر تبدیل شده و در بستر رودخانه ها دپو میشوند. در حدود 40 (درصد 86 هزار مترمکعب در سال) از باطله تولید شده در استخراج روباز به صورت قطعات سنگی هستند که در محل پیتهای قدیمی، یا در بستر راهها و رودخانه ها و یا در مراتع و زمینهای کشاورزی دپو میشوند که سبب ایجاد آلودگیهای زیست محیطی در وسعت زیاد میشوند. قطعات سنگی تولید شده منبع مناسبی برای تولید آگرگات برای مصرف در پوشش بزرگراهها میباشند.
ماشین آلات وتجهیزات مورد نیاز طرح بازیافت ضایعات سنگی
| ردیف | ماشین آلات وتجهیزات | محل تامین |
| 1 | دستگاه کاتر | ایتالیا |
| 2 | جرثقیل دروازه ای | ایران |
| 3 | دستگاه گیوتین | ایتالیا |
| 4 | کمپرسور 160 | ایران |
| 5 | طولی بر | ایران |
| 6 | پرفراژ دستی | آلمان |
| 7 | چکش 18 کیلویی | ایران |
| 8 | میکسر | ایران |
نتیجه گیری
نتایج حاصل از بررسی های مختلف و آمار تولید سنگ در کشور و مقایسه روشهای استخراج و فرآوری نشان می دهد که سالیانه حجم زیادی از ضایعات سنگی در کشور ایجاد می شود. این ضایعات علاوه بر ایجاد مشکلات زیست محیطی فراوان سبب هدر رفتن منابع طبیعی با ارزش می شوند. با توجه به وجود کاربردهای متنوع برای این ضایعات و همچنین لزوم توجه بیشتر به پیامدهای زیست محیطی معادن و کارخانه های فرآوری سنگ برنامه ریزی دقیق برای استفاده بهینه از این ضایعات ضروری می باشد. احداث کارخانه های تولید سنگ مصنوعی و مصنوعات سنگی و همچنین استفاده از ضایعات برای خوراک کارخانه های پودر سنگ راه حل مناسب، اقتصادی و از لحاظ فنی عملی برای رفع این مشکلات می باشد.
