بازیافت ضایعات سنگی

در دهه‌های 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 بین‌المللی در زمینه کاهش این ضایعات و استفاده مجدد از آنها فعالیت ‌می‌کنند.

 

 

ضایعات معدنی را ‌می‌توان به عنوان مواد باقی‌مانده، باطله‌ها و یا مواد بی‌ارزشی که بعد از استخراج و فرآوری مواد برای تولید محصول باارزش به‌وجود ‌می‌آیند در نظر گرفت.

این باطله‌ها را به چهار گروه تقسیم ‌می‌کنیم که شرح آنها به صورت زیر است:

گروه 1) باطله‌هایی که با کم‌ترین میزان فرآوری امکان استفاده از آنها به عنوان مواد مورد استفاده در ساخت و ساز وجود دارد، مانند باطله‌های با حجم زیاد از کانی‌های صنعتی، در این مورد بازار مصرف در فاصله کمی از معدن قرار دارد ولی مقدار زیادی از باطله بایستی جا به جا شود.

 

گروه 2) باطله‌هایی که به مقدار کمی فرآوری نیاز دارند تا بتوان محصول با‌ارزشی تولید کرد. به عنوان مثال حذف ناخالصی‌های آهن از باطله‌های کوارتز و تولید ماسه سیلیسی، مقدار زیادی باطله بایستی عمل آوری شود و در نهایت مقدار کمی باطله مجدداً تولید ‌می‌شود، بازار مصرف آن بزرگ‌تر و گاهی بین‌المللی است.

 

گروه 3) باطله‌هایی که حاوی مقادیر کمی از مواد با‌ارزش هستند و به فرآوری بیشتر و گاهی پیچیده‌تری نیاز دارند، عیب این مواد این است که حجم زیادی باطله مجدداً تولید و هزینه سرمایه‌گذاری نیز بالا است. در این مورد بازار مصرف معمولاً بین‌المللی است.

گروه 4) باطله‌هایی که حاوی مقادیر خیلی کمتری از مواد با‌ارزش (فلزات) هستند و سایر موارد گروه 3 در مورد آنها نیز صادق است.

 

2-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 توجیه‌پذیر شده است. در کشور ایران 90 درصد ضایعات مواد نرم جهت تولید پلاک مورد استفاده قرار می‌گیرد 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 شکاف‌های نزدیک به هم باشد، حدود 20 درصد سنگ استخراج شده به صورت صورت سنگ لاشه و ضایعات محسوب ‌می‌شود. این مواد به عنوان محصولات جانبی معدن به حساب ‌می‌آیند.

 

3-بازیابی و استفاده مجدد از ضایعات سنگی

در سال‌های اخیر استفاده از ضایعات معادن و کارخانه‌های فرآوری سنگ توسعه یافته است. از انواع این کاربردها ‌می‌توان به ساخت سنگ مصنوعی، پودر سنگ، مصنوعات سنگی، انواع سیمان و آسفالت‌های مخصوص و کف‌پوش‌های سرامیکی اشاره کرد. بسته به نوع سنگ ‌می‌توان از آنها استفاده‌های زیادی کرد. اگر سنگ‌های ضایعاتی از نوع آذرین باشند که سخت هستند ‌می‌توان از آنها 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.

 

در ادامه به این کاربردها اشاره ‌می‌شود:

3-1-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 رودخانه‌ها و یا در مراتع و زمین‌های کشاورزی دپو ‌می‌شوند که سبب ایجاد آلودگی‌های زیست محیطی در وسعت زیاد ‌می‌شوند. این مواد را ‌می‌توان به‌‌عنوان ماده اولیه برای تولید پودر سنگ مورد استفاده قرار داد. مراحل انجام فرآیند به صورت زیر است:
•  انتقال ضایعات سنگی توسط فیدر یا کامیون به سرند
 •  دانه‌بندی با سرند
•  سنگ‌شکنی
•  سرند کردن
•  آسیا کردن
•  سرند کردن مجدد
 •  بسته‌بندی

3-2-تولید سنگ مصنوعی

 

تولید سنگ شکسته و دانه‌بندی شده با تولید ذرات ریز مانند اسلیت و هم‌چنین ذرات گرد و غبار در سنگ شکن‌ها همراه است. (اسلیت موادی با اندازه ذرات بین 20 تا 60 میکرون هستند)
مراحل مختلف تولید سنگ مصنوعی به صورت زیر است:
 

 

 

• تهیه مواد اولیه و مخلوط کردن آنها با نسبت مناسب

 

 

 • وارد شدن خوراک با فرمولاسیون مورد نظر به کارخانه

 

 

 • استفاده از فشار خلا برای فشرده شدن مخلوط مواد اولیه و رزین و تهیه بلوک‌های اولیه

 

 

•برش دادن بلوک‌های اولیه به بلوک‌های نازک‌تر

 

 

•سمباده زدن و صیقل‌کاری کردن

 

 

• پولیش برای ایجاد سطح صاف و براق در سنگ

 

 

•نقش زدن برای ایجاد طرح و رنگ در روی سنگ

 

 

•برش دقیق بلوک‌ها برای تعیین دقیق ابعاد مورد نظر و تهیه محصول نهایی
 

3-3-مصنوعات سنگی

 

 3-3-1 آنتیک( فانتزی) سنگ آنتیک از قرار گرفتن قطعات شکسته سنگ و خرده سنگ کنار هم (ضایعات و باطله سنگ‌های تراورتن) و چسباندن آنها با ملات‌های دارای پایه رزینی تولید ‌می‌شوند. ایده پدید آمدن سنگ‌های آنتیک از آنجا شکل گرفت که طراحان و آرشیتک‌ها به منظور هر چه زیباتر کردن فضاها اعم از فضاهای بیرونی و درونی ساختمان‌ها و کف پوش‌ها و محوطه‌سازی‌های بیرونی، نیاز به سنگ‌هایی با فاکتورهای ویژه‌ای داشتند. ضمن اینکه پیشرفت صنعت ساختمان‌سازی و سلیقه‌های مختلف، سنگ‌‌هایی با طرح‌های متنوع، قیمت مناسب و خواص فیزیکی و مکانیکی قابل قبول را اقتضا ‌می‌کرد.
سنگ تراورتن به علت متخلخل بودن قابلیت رنگ‌پذیری دارد و می‌توان ضایعات این سنگ را رنگ‌آمیزی کرد؛ هر چه رنگ طبیعی سنگ تراورتن روشن‌تر باشد، رنگ کردن سنگ به مراتب راحت‌تر است. خرده سنگ‌های رنگ شده را به زیبایی در کنار هم چیده و به هم چسباند و ظاهری بسیار زیبا پدید آورد. مزیت سنگ‌های فانتزی(آنتیک) به شرح زیر است:
-تنوع و زیبائی
-قابلیت اجرا بر روی کلیه سطوح
-امکان برش در اشکال و اندازه‌های دلخواه
- امکان اجرا در کلیه فضاهای داخلی و خارجی
-داشتن جلوه‌های زیبا و دلنشین با طرح‌های فانتزی
-همگونی با بیشتر مصالح ساختمانی از قبیل چوب، آهن، آجر و...

3-3-2- سنگ گیوتینی(سنگ لقمه)
در این مصنوعات، سطوح سنگ به صورت شکسته شده و کاملاً طبیعی به نظر می‌رسد و مستقیماً از سنگ‌های کوپ یا لاشه معدنی بدون وارد شدن به سیستم قله بر سنگ‌بری به دست می‌آید. سنگ لقمه که بیشتر به صورت سنگ‌فرش برای محوطه‌سازی و کف سازی معابر به‌کار می‌رود علاوه بر زیبائی و تنوع رنگ، از دوام و مقاومت بسیار بالایی نسبت به سایر مصالح کفسازی (مانند بتن( برخوردار است؛ به طوری که عمر آن را معادل چند صد سال می‌دانند. لقمه‌های گیوتینی دارای تنوع رنگ نسبتاً بالایی است (سفید، سیاه، سبز، قرمز، قهو‌ه‌ای، زرد و ...) از سنگ‌های نسبتاً سخت تهیه می‌شود. بنابراین با انجام مراحل خاص فنی بر روی سنگ‌های ضایعاتی معادن (که در ایران هم کم نیستند) می‌توان از آنها در تهیه سنگ‌های لقمه که در مفروش کردن معابر، میادین، پارک‌ها، خیابان‌ها و غیره سود جست. این روش از دیدگاه اقتصای و اجرایی مزایای فراوانی نسبت به مفروشات کنونی (آسفالت، بتن، موزائیک، بلوک‌های سیمانی و غیره) دارد.

 

4-3 تولید سیمان‌های ویژه

در معادن آهک مقادیر قابل توجهی از پودر سنگ آهک به‌عنوان محصول فرعی سنگ شکن‌ها تولید می‌شود.
این مواد ریز برای محیط‌زیست مضر هستند و چنان‌چه فیلتر نشوند سلامتی افراد را به خطر می‌اندازند به همین دلیل معمولاً با استفاده از فیلترهای خلاء جمع‌آوری می‌شوند. در فرآیند تولید آگرگات‌های دانه درشت این مواد معمولاً 1 درصد از کل را تشکیل می‌دهند اما چنانچه تولید آگرگاتهای ریز دانه تر مورد نظر باشد میزان تولید  موارد فوق 2-5  درصد افزایش می‌یابد. در نتیجه مقادیر قابل توجهی از این مواد جمع‌آوری 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 دامپ‌های باطله به صورت روباز و کنترل نشده جمع‌آوری می‌شوند. در نتیجه مشکلات زیست‌ محیطی در اثر وزش باد و سایر عوامل جوی ایجاد شده که با خطرات زیادی از جمله سرطان برای افراد همراه است.
یکی از کاربردهایی که اخیراً برای این مواد پیدا شده است استفاده از آنها برای بهبود ویسکوزیته سیمان‌ها می‌باشد. این سیمان‌ها دارای قابلیت تغییر شکل بالایی هستند (self-compacting concrete – SCC) و از مقاومت بالایی به‌خصوص در مناطقی که بارندگی درآنها زیاد است برخوردارند. بدین ترتیب مواد ریز حاصل از طرح‌های سنگ‌آهک ذخیره مناسبی برای استفاده در این سیمان‌ها می‌باشند.

 

    

3-5-تولید کاشی‌ها و کف‌پوش‌ها

با توجه به ساختار صفحه‌ای اسلیت معمولاً آن را به صورت صفحات نازک در پوشش کف و سقف و سنگ‌فرش مصرف می‌کنند. 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 پر‌کردن زمین‌های خالی استفاده می‌شود.
شرکت‌های بازیافت روش‌هایی را برای کاهش این باطله‌ها با استفاده مجدد از آنها و یا برش سنگ با لیزر ارائه کرده‌اند. آنها بر اساس اندازه ذرات این باطله‌ها را طبقه‌بندی و کاربردهای آنها در صنایعی مانند سیمان، پرکردن حفره‌های ریز در آسفالت کردن جاده‌ها و روکشی دیوارها را مشخص نموده‌اند.
 یکی دیگر از مسایل مربوط به این باطله‌ها 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 سرامیک‌ها می‌باشد. در این مورد یا خردایش و دانه‌بندی مجدد این مواد از آنها در ساخت کاشی‌ها استفاده می‌شود.
معدن کاری و استخراج کائولن و گرانیت‌های بازالتی حجم قابل توجهی از مواد باطله و ضایعات را تولید می‌کند. بخش دانه‌ریز آگرگات‌ها معمولاً شامل ذرات زیر 5‌میلیمتر می‌باشد. وقتی ذرات ریز حاصل شامل مخلوطی از ذرات با اندازه درشت، متوسط و ریز  به همراه بخش رسی/اسلیت با ابعاد زیر  075/0 باشد از آنها به‌عنوان گرید پر‌کننده‌، (filler grade) نامبرده می‌شود.‌ تا‌کنون کاربردهای زیادی مانند تولید کود برای خاک‌های اسیدی تولید بریکت‌ها و کاشی‌های سرامیکی و تولید بریکت‌های ساختمانی رسی برای این مواد ارائه شده است.
ضایعات سنگی از جمله مواد ریز‌دانه و پودری حاصل از استخراج و فرآوری سنگ‌ها اثرات زیست زیادی دارند.  عمل‌آوری این ضایعات با فشرده کردن و سینتره کردن یک روش عملی برای بازیابی این مواد می‌باشد.
 در مورد اسلیت‌ها عمل سینتره کردن معمولاً با تغییرات فاز و تولید آب همراه است و با توجه به کمپلکسی بودن ترکیب شیمیایی مکانیزم عمل نیز پیچیده است. تولید آب سبب افزایش فشردگی می‌شود.
جدول خواص محصول تولید شده از فشرده کردن و سینتره کردن ضایعات پودری

 

   6-3 تولید آسفالت‌های ویژه

یکی از صنایع مهم تولید‌کننده آلودگی، صنعت تولید سنگ ماربل است.‌ در حدود 70‌درصد از این کانی با‌ارزش طی عملیات استخراج، فرآوری و پولیش کردن تلف می‌شود. ضایعات فرآوری که حدود 30درصد وزنی بلوک‌ها را شامل می‌شود، به پودر تبدیل شده و در بستر رودخانه‌ها دپو می‌شوند. در حدود 40‌درصد (‌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 رودخانه‌ها 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.
در اغلب موارد بیش از‌90‌درصد مخلوط آسفالت و سیمان (AC) از آگرگات (آگرگات دانه درشت، ماسه و پرکننده) تشکیل شده است. در تولید روکش جاده‌ها به ازای هر کیلومتر حدود 12500‌تن آگرگات مصرف می‌شود