دسته: مقالات

در حوزه‌های مهندسی مواد، انرژی، و محیط زیست  بهینه‌سازی مصرف انرژی، کاهش مصرف سوخت‌های فسیلی، و سیستم‌های انتقال و ذخیره‌سازی حرارت همواره جایگاه ویژه ای داشته و دارد .در شرایط فعلی کشور در زمینه ناترازی در حوزه های گاز و برق و انواع سوختهای فسیلی ،همواره از دغدغه های بسیار بزرگی است که با راهکارهایی همچون قطعی برق وگاز و یا تعطیلی های گسترده برای صنایع و سازمانها که مشکلات اقتصادی و اجتماعی و فرهنگی و گهگاه بسته شدن  کارخانجات و بیکار ی نیروهای صنایع مختلف که خود آغاز مشکلات جدید اجتماعی و فقر زور افزون قشر عظیمی را بدنبال خواهد داشت همراه بوده است . در چند سال گذشته با توجه به شعارهای سال  ، توجه را معطوف به حل مشکلات اساسی بر مبنای رجوع به دانش و تخصص و نیروهای مستعد کشور و نه تعطیلی و نه اخراج نیروها و نه سیاستهای غلطی از این قبیل فرامین محول کرده است .

محصولات تولیدی  ودانش بنیان شرکت صنایع پیشگامان برهان استیل که برای نخستین بار اجرایی گردیده است در راستای تحقق اهداف فوق الذکر در راستای بهینه سازی انرژی در صنایع مختلف و کوره های پالایشگاهها میباشد

در سیستم‌های حرارتی و برودتی موجود، یکی از چالش‌های اساسی، عدم وجود موادی است که بتوانند به طور همزمان ذخیره‌سازی، کنترل انتقال، و انتشار تدریجی حرارت را انجام دهند. مواد رایج به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند:

1. مواد عایق حرارتی: این مواد مانع از انتقال گرما به سمت دیگر ‌شده و اگر حرارت وارد آن‌ها شود، بلافاصله پس از قطع منبع حرارت، عملکردشان متوقف می‌شود. این مواد توانایی ذخیره انرژی حرارتی برای استفاده بلندمدت را ندارند و نمی‌توانند بهینه‌سازی مصرف انرژی را فراهم کنند. نمونه‌هایی از این مواد در ساخت عایق‌های حرارتی معمولی به کار می‌روند که فقط در جلوگیری از اتلاف حرارت کاربرد دارند، اما در مواقعی که نیاز به استفاده از حرارت ذخیره شده باشد، ناکارآمد هستند.
2. مواد غیرعایق یا با قابلیت انتقال مستقیم حرارت: این مواد حرارت را مستقیماً از یک سمت جذب کرده و از سمت دیگر خارج می‌کنند، بدون آنکه بتوانند آن را در خود ذخیره کنند. این خاصیت منجر به اتلاف انرژی و کاهش بهره‌وری می‌شود، زیرا این مواد فقط در هنگام فعالیت مستقیم منبع حرارت قابل استفاده هستند و توانایی حفظ حرارت برای انتشار تدریجی را ندارند.

همچنین، در مواد موجود مشکلاتی نظیر پایداری حرارتی پایین، واکنش‌پذیری با محیط اسیدی یا شرایط دمای بالا، و فرایندهای تولید پیچیده و پرهزینه وجود دارد. این مشکلات استفاده گسترده از این مواد را در بسیاری از کاربردهای مختلف محدود کرده است. در نتیجه، صنایع گرمایشی و سرمایشی با اتلاف انرژی قابل توجهی مواجه هستند که هم هزینه‌های اقتصادی و هم تأثیرات زیست ‌محیطی منفی را به همراه دارد. این محدودیت‌ها باعث شده است که کاربران برای دستیابی به عملکرد پایدار و بهینه، نیازمند موادی باشند که ضمن عایق بودن، توانایی ذخیره و انتقال حرارت به شکل تدریجی و کنترل‌شده را داشته باشند. مواد موجود نه تنها نیاز به تعویض یا تعمیر مداوم دارند، بلکه نمی‌توانند نیاز به صرفه‌جویی در انرژی و کاهش مصرف سوخت را به صورت مؤثر برطرف کنند.

مشکلات فوق را از طریق طراحی ماده‌ای کامپوزیتی که حرارت را ذخیره کرده و به تدریج و به طور کنترل‌شده در محیط آزاد می‌کند، برطرف می‌کند. مواد این پودر نه تنها توانایی ذخیره و انتقال آهسته حرارت را دارند، بلکه حتی پس از قطع منبع حرارت نیز می‌توانند به انتشار حرارت ادامه دهند و محیط را برای مدت زمان طولانی‌تری گرم یا خنک نگه دارند. با استفاده از این کامپوزیت ، کاهش مصرف انرژی حداقل 25 تا 50 درصد، افزایش بازدهی حرارتی، و حفاظت از محیط زیست از طریق کاهش استفاده از منابع تجدیدناپذیر و به‌کارگیری مواد اولیه در دسترس و دوستدار محیط زیست است.

شرح وضعيت دانش پيشين و سابقه پيشرفت هايي كه در ارتباط با این گونه طرح ها وجود دارد

در حوزه مواد کامپوزیتی و سیستم‌های ذخیره‌سازی و انتقال حرارت، تاکنون تحقیقات و اختراعات متعددی صورت گرفته است که تلاش داشته‌اند راه‌حل‌هایی برای بهبود بازدهی سیستم‌های حرارتی و کاهش مصرف انرژی ارائه دهند. مواد موجود عمدتاً به دو دسته تقسیم می‌شوند: مواد عایق حرارتی که برای جلوگیری از انتقال حرارت و حفظ دما در یک محیط خاص به کار می‌روند و مواد انتقال‌دهنده حرارت که قابلیت هدایت و انتقال حرارت را دارند. با این حال، این مواد در ذخیره‌سازی و توزیع تدریجی حرارت با محدودیت‌هایی مواجه هستند و نمی‌توانند به‌طور همزمان این دو ویژگی را ارائه دهند. مطالعات انجام شده نشان می‌دهد که تلاش‌های گذشته عمدتاً بر بهبود یک جنبه خاص از ویژگی‌های حرارتی مواد متمرکز بوده‌اند، مانند افزایش مقاومت حرارتی یا بهبود هدایت حرارتی. در این راستا، مواد مختلفی همچون فازهای تغییر حالت‌دهنده، نانو کامپوزیت‌ها، و مواد پایه کربنی مورد بررسی و استفاده قرار گرفته‌اند. هرچند این مواد توانسته‌اند در بهبود عملکرد سیستم‌های حرارتی موثر باشند، اما اغلب مشکلاتی مانند هزینه بالا، محدودیت در تولید انبوه، و کارایی پایین در شرایط محیطی مختلف دارند.

این کامپوزیت با ترکیب فناوری‌های نوین در حوزه میکروکامپوزیت‌ها، ماده‌ای را ارائه می‌دهد که به طور همزمان قابلیت ذخیره‌سازی، عایق بودن، و رهاسازی تدریجی حرارت را دارد. در ادامه اختراعات ثبت شده در این حوزه مورد بررسی قرار می‌گیرد.

ارائه راه حل براي مشكل فني موجود همراه با شرح دقيق و کافی و یکپارچه اختراع

پودر میکروکامپوزیتی حاضر، راه‌حلی برای مشکلات رایج در سیستم‌های حرارتی و برودتی ارائه می‌دهد. این ماده، علاوه بر قابلیت ذخیره‌سازی حرارت در خود، توانایی رهاسازی تدریجی و کنترل‌شده آن را دارد، به گونه‌ای که حتی پس از قطع منبع حرارت نیز می‌تواند حرارت را به آرامی و در بازه زمانی طولانی به محیط منتقل کند. این ویژگی منحصربه‌فرد باعث می‌شود که اتلاف انرژی به حداقل برسد و بهره‌وری سیستم‌های گرمایشی و سرمایشی افزایش یابد. پودر میکروکامپوزیتی حاضر از ترکیب چند عنصر معدنی شامل ، میکا، کربن، سیلیس، اکسید آلومینا، باندر اختصاصی،کاربید و کاتالیست تشکیل شده است. این ترکیب به دلیل انتخاب دقیق مواد اولیه و فرایند خاص تولید، خواصی منحصربه‌فرد از جمله ذخیره‌سازی حرارت، رهاسازی تدریجی حرارت، عایق بودن، و مقاومت در برابر شرایط سخت محیطی را دارا است. به‌علاوه، این پودر می‌تواند بسته به نیاز، به اشکال مختلفی مانند بلوک، موزائیک، لوله، و استوانه و ….درآید که قابلیت استفاده در طیف گسترده‌ای از سیستم‌ها را فراهم می‌کند.

در این روش مایکرو پودر کامپوزیت کاربوراندوم به روش سل ژل میباشد تکنیک سل ژل روش پایین به بالا برای سنتز ترکیبات پیچیده سرامیک سرامیک به صورت همگن است اکسید سیلیکونی مورد استفاده و تبدیل مونومرها به یک محلول کلوئیدی است که شبکه یکپارچه از ذرات گسسته را بوجود میاورد  و با استفاده از پودر گرافیت  و نانو پودر سیلیس ،الو مینا و  کاربید سیلیس در کنارکاتالیست  عملیات سنتز انجام گردید بدین شکل که پس از مخلوط کردن اولیه در 60 درجه سانتیگراد میماند پس از 6 ساعت ویسکوزیته افزایش یافته و ژل تشکیل میشود .پس از خشک شدن در دمای اون 110 درجه به مدت دوساعت قرار میگیرد انالیز حرارتی ژل حاصل از دمای محیط تا 1350 درجه داخل کوره با ازمایش اشعه ایکس (XRD) نشان دهنده نفوذ رشته های الومینا و سیلیس به داخل محصول و تشکیل کامپوزیت و تشکیل کریستالهای جدید میباشد با وجود این کریستالها ماندگاری دما بمراتب بیشتر و انتقال به محیط ارامتر انجام میگیرد

پودر میکروکامپوزیتی قادر است حرارت وارد شده را در خود ذخیره کند و به تدریج و به شکل کنترل‌شده از سمت دیگر آزاد نماید. برخلاف مواد معمولی که یا عایق هستند یا فقط انتقال حرارت را فراهم می‌کنند، این پودر به طور همزمان هر دو عملکرد را ارائه می‌دهد. به این ترتیب، پس از قطع منبع حرارت، محصول متشکل از این پودر می‌تواند برای مدت زمان طولانی به توزیع حرارت ادامه دهد. خواصی همچون مقاومت در برابر اسیدها، پایداری در دمای بالا، و عایق حرارتی بودن را به نمایش می‌گذارد. همچنین، بسته به نوع کاربرد، امکان تغییر ترکیب یا فرآیند تولید برای دستیابی به خواص خاص (مانند افزایش ذخیره‌سازی حرارت یا بهبود انتقال آن) وجود دارد.

بيان واضح و دقيق مزاياي کامپوزیت این شرکت نسبت به محصولات موجود در بازار

طرح ادعایی حاضر با فرایند تولید ساده و کاربردهای گسترده، جایگزینی مناسب برای مواد موجود در بازار است و توانسته بسیاری از محدودیت‌های فنی و عملیاتی اختراعات پیشین را برطرف کند. مزایای این پودر نسبت به مطالعات پیشین به شرح زیر می باشد:

• این پودر میکروکامپوزیتی توانایی ذخیره‌سازی حرارت را در خود دارد و به تدریج و به شکل کنترل‌شده حرارت را آزاد می‌کند. این ویژگی باعث می‌شود که حتی پس از قطع منبع حرارت، محیط به مدت طولانی‌تری گرم باقی بماند.
• این پودر کامپوزیت قادر است حداقل 25  تا 50 درصد کاهش مصرف انرژی را در دستگاه‌های حرارتی و برودتی فراهم کند. این مزیت نه تنها هزینه‌های انرژی را کاهش می‌دهد بلکه باعث صرفه‌جویی در منابع تجدیدناپذیر می‌شود.
• این پودر قابلیت شکل‌گیری به فرم‌های مختلف (مانند بلوک، موزائیک، استوانه، یا لوله) را دارد که امکان استفاده آن را در طیف وسیعی از سیستم‌های گرمایشی و سرمایشی فراهم می‌کند.
• مواد اولیه این پودر کاملاً معدنی و قابل دسترس هستند و فرایند تولید آن نیاز به مواد شیمیایی مضر ندارد. این محصول نه تنها برای محیط زیست بی‌ضرر است، بلکه با کاهش مصرف سوخت‌های فسیلی، به کاهش تولید گازهای گلخانه‌ای کمک می‌کند.
• این ماده در برابر شرایط محیطی سخت مانند اسیدها، دمای بالا، و غیره مقاوم است، در حالی که بسیاری از مواد موجود در بازار نیازمند تعویض مکرر هستند.
• امکان تغییر در ترکیب مواد و روش تولید این پودر، آن را به یک ماده سفارشی‌سازی‌شده برای کاربردهای خاص (مانند افزایش مقاومت حرارتی یا بهبود زمان ذخیره‌سازی حرارت) تبدیل می‌کند.

این پودر در تمامی دستگاه‌های گازسوز، نفتی و برقی قابل نصب است و در مصارف خانگی و صنعتی مانند سیستم‌های گرمایش مرکزی، صنایع پتروشیمی، و تجهیزات سرمایشی-گرمایشی کاربرد دارد

امروزه کارخانجات فولاد سازی، یکی از مهم ترین صنایع ایران محسوب می شود. فولاد، پایه و اساس تولید مقاطع و محصولات مختلفی مانند ، ساختمان ،لوازم خانگی، و خودروسازی  ،لوازم برقی … است. مصالح آهنی و فولادی در زندگی انسانها نقش اساسی دارد .تلاش برای گسترش این صنعت هر روز گسترده تر میشود.صنعت فولاد با تولید بیش از 34 میلیون تن  درسال با چشم انداز تولید 55 میلیون تن ظرف چند سال اینده  ،توجه بیشتری به ضایعات بوجود امده از این صنعت را آشکار میکند .تولید فولاد همراه با تولید مقادیر زیادی از پسماندهای نسوز می‌باشد که می‌تواند تاثیرات زیست محیطی جدی داشته باشد. بازیافت این مواد نسوز، علاوه بر کاهش مصرف منابع طبیعی، می‌تواند به حفظ محیط زیست و پایداری آن کمک کند. این شرکت با بیش از 20 سال تحقیق و تجربه در زمینه انواع مواد معدنی نسوزوبا  بررسی روش‌های گوناگون و با کوشش و خرد جمعی در طی سالیان متمادی و کمک ازدانش و تکنولوژی روز دنیا و استفاده از مقالات وتکنیکهای بروز شده دانشمندان دانشگاههای مختلف در دنیا  و استفاده از کاتالیستهای طراحی و تولید شده در این مجموعه  و مزایای بیشمار  بازیافت مواد نسوز در صنعت فولاد امادگی کامل گسترش این تکنولوژی را با همراهی صنایع مختلف فولاد ی داریم .

آیا بازیافت آجر نسوز و دیگر ضایعات نسوز مهم است؟

برای پاسخ به این سوال نگاهی به چگونگی تولید فولاد و آشنایی با فرایند ذوب چراغ راه آینده خواهد شد. یکی از راههای بوجود امدن دیرگدازه ها ، فرایند ذوب خاک‌های معدنی و اکسیدهای آهن در کوره ذوب میباشد که موادضایعاتی  همچون کلسیت، کک ،دولومیت و دیگر مواد دیرگداز را بوجود میاورد این مواد نسوز، مناطق زیست‌بومی را تحت فشار قرار می‌دهد.از طرفی مواد نسوز معدنی که قبلا به صورتهای مختلف مانند آجر نسوز، جرم نسوز و دیگر مواد دیرگداز شکل دار و بی شکل در صنعت فولاد استفاده شده و پس از دوران مصرف ،سوخته ویا شکسته شده بصورت کوهی از ضایعات دپو میشوند. بازیافت این مواد نسوز به معنای استفاده مجدد از آنها در فرایندهای تولید فولاد است که منجر به کاهش نیاز به مواد اولیه، کاهش هزینه‌ها، و کاهش تاثیرات منفی بر محیط زیست می‌شود.

روش‌های بازیافت مواد نسوز در صنعت فولاد

1. بوکسیت: بوکسیت معمولاً به عنوان ماده اولیه استفاده میشود. بازیافت بوکسیت می‌تواند به کاهش هزینه‌ها و مصرف انرژی کمک کند.
2. سیلیکا: سیلیکا پس از استفاده، می‌تواند بازیافت شده و مجدداً مورد استفاده قرار گیرد.
3. کلسیت و دولومیت:   این مواد پس از استفاده در کوره‌های فولادسازی، بازیافت می‌شوند و مجدداً در فرایند تولید استفاده می‌شوند.
4. بازیافت کک: کک یکی از مهم‌ترین مواد نسوز در صنعت فولاد است که به صورت پودر یا کلوخه استفاده میشود. بازیافت کک و استفاده در صنعت فولاد وصنایع دیگر به کاهش هزینه‌ها و حفاظت از محیط زیست کمک می‌کند.

این عملیات بازیافت نه تنها باعث حفظ منابع طبیعی، و حفظ محیط زیست میشود همچنین به کاهش هزینه‌ها کمک کند.

بازیافت آجر نسوز در صنعت فولاد

یکی از صنایع تولید پسماند ، صنعت فولاد است، لذا مدیریت مناسب در این زمینه  اهمیت زیادی دارد. آجرهای نسوز که در کوره‌ها و تجهیزات فولادسازی استفاده می‌شوند، پس از مدتی به دلیل خرابی یا فرسایش، از مدار تولید خارج میشوند. بازیافت آجر های نسوز صنعتی نه تنها باعث صرفه‌جویی در مصرف مواد اولیه و کاهش هزینه‌ها می‌شود، بلکه موجب کاهش میزان پسماندهای تولیدی و حفظ منابع طبیعی نیز می‌گردد. متاسفانه در سالیان گذشته  بدلیل عدم توانایی علمی و حرفه ای ،بازیافت آجر و مواد نسوز مصرف شده ، مورد توجه کمی قرار گرفته است  . برای تمام فرآیندهای دما بالا مانند تولید فلزات، سیمان، شیشه و سرامیک،آجر نسوز و مواد نسوز ضروری هستند. سالانه بیش از30 میلیون تن نسوز ضایعاتی  در دنیا تولید می­شود. به دلیل ملاحظات زیست محیطی و افزایش هزینه ­های دفن زباله

در ده سال گذشته در اکثر کشورهای پیشرفته بازیافت مورد توجه بیشتری قرار گرفته است. قبلا در کاربردهایی مانند  جاده سازی یا تصفیه کننده­ های سرباره، این ضایعات استفاده میگردید که با توجه به نوع کاربری ارزش واقعی مواد را بوجود نمی ­آورد.( بطور مثال مقایسه قیمت نسوزی همچون الومینا  و ماسه ای که به عنوان فوندانسیون جاده بکار میرود) با توجه به افزایش قیمت­ ها ی جهانی و مشکلات عرضه مواد خام با کیفیت بالا ،ترابری، قیمت بالای استخراج و فراوری مواد  انگیزه زیادی را در اکثر کشورها  برای بازیافت  ایجاد کرده است.

بازیافت نسوزها با روشهای جدید و فرآوری آجر و مواد نسوز مصرف شده فعلی با توجه به مواد اولیه چشم اندازی به روندها و تحولات آینده ارائه می دهد . در  تمامی کوره های حرارتی تولید شیشه و سرامیک، فلزات، سیمانی، انواع بسیار زیادی از آجر و مواد نسوز وجود دارد که برای برآورده کردن فرآیند دمای مورد نیاز برای هر کاربردی طراحی شده اند. طبقه بندی آجر و مواد نسوز بر اساس ترکیب شیمیایی  یا روش نصب (شکل دار یا بدون شکل)، نوع اتصال (درجه حرارت پخت، یا زینترینگ) و (اسیدی، بازی یا خنثی) است. هرگاه  نسوزها در یک شکل هندسی از پیش تعیین شده ،  یه صورت شکل دار فشرده شوند و به همین ترتیب نصب شوند آجر نسوز نامیده میشوند، در صورتیکه اجر نسوز به شکل پودر ارائه شود  و در هنگام نصب به صورت ریختنی، ماله کشی، گانینگ، کوبیدنی، ارتعاشی و اسپری ماشین در محل استفاده شوند، نسوزهای یکپارچه نامیده میشوند . در گروه  اول آجر و مواد نسوز سرامیکی در دماهای بالا (1000 تا 1600 درجه سانتیگراد) پخته شده و با استفاده از اتصال دهنده های موقت و فرآیند سینترینگ تشکیل می شوند که به نام آجر ( مواد نسوز دیرگدازهای شکل دار) شناخته میشوند و می توان بین آجر و مواد نسوز سرامیکی و کربنی باند شده ، تفاوت را مشاهده کرد .نوع دیگر نسوزها با استفاده از چسب های نشاسته ای وهیدروکربنی تولید میشوند . پیوند کربنی در دماهای پایین تر (400درجه سانتیگراد) در طی گانینگ درجا ایجاد می شوند. طبقه بندی نسوزها  به اسیدی، بازی یا خنثی بر اساس نوع  ترکیب ماده اولیه اصلی با آب است. آجر و مواد نسوز اسیدی معمولاً برای دماهای عملیاتی پایین تر از سایر نسوزها استفاده می شوند.برای مواردی که دماهای عملیاتی بالاتر نیاز هست از مواد معدنی همچون  منیزیا، دولومیت و اسپینل، که اغلب با کربن و گرافیت ترکیب می شوند و در کوره های با تنوع بسیار زیادی استفاده می شوند

مشکل  هیدراته شدن در این نوع نسوزها همواره وجود دارد  و بنابراین نیاز به تعویض در زمان  مناسب دارند. پرمصرف ترین آجر و مواد نسوز  از جنس آلومینایی است دیرگدازهای  مانند آلومینا که در رده مواد خنثی طبقه بندی میشود برای تولید   آجر و مواد نسوز ، به دلیل دمای ذوب بالا و قیمت متوسط به طور گسترده توسط صنایع فلزی استفاده می شود و توانایی استفاده در هر دو محیط اسیدی و بازی را دارند از طرفی . تولید نسوز بر پایه کرومیتی که همچون الومینا خنثی میباشد به دلیل نگرانی های زیست محیطی کاهش یافته است، ، بعد از آن خاک نسوز پایه منیزیم هستند که برای صنعت فولاد بسیار مهم هستند.  مصرف  نسوز دولومیت، برای صنعت فولاد ضد زنگ است که  جایگزین مناسبی برای آجر و مواد نسوز منیزیم وکرومیت میباشند ..

تولید آجر و مواد نسوز در سراسر جهان حدود 45  میلیون تن در سال است تقاضا ی صنعت فولاد برای این مواد حدود 70% آن یعنی بین 30 تا 35 میلیون تن است . در طول مرحله استفاده  اجرها در کوره ها، حدود 30  تا 40 درصد وزنی آجرهای نسوز مصرف می شود (که نشان می دهد تا 20 میلیون تن فرآورده های نسوز مجدد در سال تولید می شوددر صورت عدم افزایش کوره های جدید )  علیرغم این مقادیر قابل توجه، بازیافت آجر و مواد نسوز مصرف شده در گذشته ، مورد توجه کمی قرار گرفته است.

بازیافت مواد به دو صورت کلی میباشد .

بازیافت حلقه بسته : با توجه به پیشرفت تکنولوژیهای جدید بازیافت و استفاده از کاتالیستها در این صنعت ،خواص مواد بازیافتی تفاوت قابل توجهی با مواد اولیه ندارد ( در باز یافت حلقه بسته ،آنالیزهای موجود  از مواد اولیه و محصولات بازیافتی این شرکت بخوبی نشانگر این موضوع است. بیش از  98% ). بنابراین مواد بازیافتی می توانند جایگزین مواد اولیه شده و در محصولات مشابه قبلی استفاده شوند.

بازیافت حلقه باز:  خواص ذاتی مواد بازیافتی با خواص مواد بکر متفاوت است به گونه ای که فقط برای استفاده در سایر کاربردهای محصول مناسب است و عمدتاً جایگزین مواد دیگر می شود

در یک اقتصاد دورانی  ، بازیافت حلقه بسته از دو دیدگاه منافع اقتصادی و عملکرد ارزش ماده در یک دوره زمانی طولانی تر  مورد توجه میباشد . بنابراین، سلسله مراتب ضایعات به خودی خود برای دستیابی به کاهش مطلق در توان عملیاتی مواد در اقتصاد کافی نیست . با یک مثال مطلب بهتر روشن میشود  . در بازیافت حلقه باز از سرباره آجر و مواد نسوز ضایعاتی  برای سنگدانه های بستر جاده استفاده شود . در چنین کاربردهایی، ارزش سرباره وآجر و مواد نسوز بازیافتی محدود به هزینه مواد جایگزین شده است، به عنوان مثال. کمتر از 150هزار تومان در تن برای سنگدانه های بستر جاده و در حالی که قیمت های بازیافتی جهت تولید مجدد برای منیزیم /الومینا و دیگر مواد نسوز سوخته 100 برابر بیشتر باشد .

طی چند سال گذشته تورم لجام گسیخته و ا افزایش قیمت‌ها و مسائل عرضه مواد خام با کیفیت بالا، انگیزه قوی برای بازیافت آجر و مواد نسوز حلقه بسته ایجاد کرده است و علاقه به بازیافت در صنعت تولید آجر و مواد نسوز در حال افزایش است..

نکات تاریخی بازیافت:

با توجه به سمی بودن محصولات   نسوزهای  منیزیتی و کرومیتی، و مشکلات زیست محیطی حاصل از رها کردن آجر و مواد نسوز حاوی کروم منیزیت  مصرف شده در طبیعت ،حدود 30 سال پیش برای اولین بار وبصورت جدی در جوامع صنعتی ، توجه و علاقه به بازیافت انواع آجر و مواد نسوز را برانگیخت  . افزایش هزینه‌های دفع زباله و آگاهی فعالین زیست‌محیطی، و کمبود زمین مناسب برای دفن ضایعات، و رشد تکنیک های بازیافت آجر و مواد نسوز و استفاده از کاتالیستهای متعدد  ، علاقه به بازیافت آجر و مواد نسوز به طور گسترده ای  شروع شد . تا اوایل قرن 21 بین کشورها و مناطق  مختلف ( امریکا اروپای غربی و ژاپن ) در مورد گزینه های دفن ضایعات یا بازیافت آنها  نظرات متفاوتی وجود داشت . آجر و مواد نسوز هنوز در ایالات متحده دفن می شدند ، دلایلی که برای عدم علاقه به بازیافت اکثریت  آجر ها و مواد نسوز به آن اشاره میتوان کرد  عبارتند از   نبود محرک اقتصادی / ارزان بودن مواد اولیه / نبود فعالین محیط زیست قوی و هزینه کم دفن ضایعات  .بعد از ده سال و با تغییر شرایط اقتصادی و زیست محیطی و کمبود مواد اولیه کم کم ورق برگشت . در ژاپن تجقیقات گسترده تری انجام گرفت و در المان و کشورهای اروپایی پرونده های ثبت اختراع برای بازیافت اجر و نسوز هر روز گسترده تر میشد .کره و چین به این کشورها اضافه شدند وتکنولوژی نو رشد چشمگیری به این حرکت داد . غیر از  چند شرکت اروپایی و بخصوص المانی ، فراوری و نوآوری این تکنیکها بیشتر تحت سلطه ژاپن و تا حدی کره و چین قرار گرفت . در سال‌های اخیر، نگرانی‌های مربوط به امنیت عرضه به دلیل موقعیت قوی چین در بازار و افزایش شدید قیمت آجر و مواد نسوز خام درجه یک توجه بیشتر به بازیافت آجر و مواد نسوز را افزایش داده است .اولین کنفرانس  اختصاصی  بازیافت در سال 2015 در مورد آجر و مواد نسوز ،یکی از بسترهای خیلی خوب جهت افزایش توجه به بازیافت  و در نتیجه  کاهش شدید دفن ضایعات نسوز شده است. یکی از کشورهای پیشرو ژاپن است که در صنعت فولاد تلاش های قابل توجهی برای افزایش بازیافت انجام داده است. با این وجود، دفن بخش قابل توجه زباله هنوز به عنوان روش معمول تا همین اواخر گزارش شده است.

بازیافت حلقه باز

مواد دولومیتی و منیزیتی معمولاً به‌عنوان حالت‌دهنده و سرباره ساز در فرآیندهای متالورژی استفاده می‌شوند .در کوره های قوس الکتریکی  اکسید منیزیم  برای کاهش مصرف نسوز اضافه می شود  . نتیجه تحقیقات نشان دهنده این مطلب است که جایگزینی  دوز مناسب  از آهک دولومیتی با دیرگداز مصرف شده  منیزیتی منجر به افزایش اکسید منیزیم در سرباره و افزایش طول عمر دیرگداز می شود  این روش به عنوان یک سیستم بهینه سازی متالورژیکی را توصیه میکنیم .این عملیات صرفه جویی انرژی و طول عمر بیشتر آجر و مواد نسوز و صرفه جویی در شار را فراهم میاورد .از بازیافت این مواد جهت کلینکر هم میتوان استفاده کرد. اما متاسفانه به عنوان راحت ترین کار بازیافت  برای استفاده به عنوان  زیر ساخت و سنگدانه های راهسازی از این مواد استفاده میشود .توصیه های زیر در رابطه با استفاده به عنوان زیر ساخت جاده سازی حتما باید رعایت شود . با توجه به هیدراته شدن  و جلوگیری از مشکلات انبساط مواد  دلومیتی و منیزیتی آنها را برای این استفاده نامناسب می کند . سنگین بودن فلزات سنگین همانند کروم ، و لزوم شستشوی انها و خطرات زیست محیطی باید قبل از استفاده ارزیابی شود تا از اثرات زیست محیطی جلوگیری شود.. آجر و مواد نسوز مصرف شده به عنوان عمل آورنده ی سرباره دارای مزایای زیادی مانند کاهش یا حتی اجتناب کامل از دفن ضایعات، صرفه جویی در مصرف انرژی،

بازیافت حلقه بسته:

با توجه به توضیحات گفته شده اگر بدنبال ارزش اقتصادی بالاتری  هستیم بازیافت به عنوان مواد خام برای تولید آجر و مواد نسوز جدید تنها راه حل میباشد . استفاده مجدد از مواد بازیافتی منجر به صرفه جویی قابل توجهی در انرژی و عدم  انتشار گازهای گلخانه ای میشود. به عنوان مثال، تولید منیزیم از منیزیت ماده خام اولیه آن  بسیار انرژی بر است و در صورت عدم فراوری مناسب در زمان تولید ، مرحله استفاده که برآوردن نیازهای با کیفیت بالا را  طلب میکند بسیار دشوار می شود. برای تولید آجر و مواد نسوز، خاکهای دیرگداز متفاوتی  با مقادیر و درصدهای مختلف محاسبه شده و بصورت فیزیکی تحت شرایط خاص با یکدیگر ترکیب می‌شوند تا به  درجه مطلوبی از نظر مقاومت حرارتی و سایش مطلوب در عملکرد اماده شوند. پاتیل ها ذوب  از دولومیت، آلومینا که خنثی هستند درست میشوند .  طراحی برای نواحی تماس مذاب جهت مقاومت بیشتر در مقابل خوردگی از مواد گران‌تر اما مقاومتر (سیلیکون کارباید -منیزیم-گرافیت) استفاده میشود . در  نوع خاصی از آجرها ، میتوان تغییرات مقاومتی بیشتری  در برابر سایش را با اصلاح ترکیب جدیدی از ضایعات بازیافتی و محصول نو ایجاد کرد که به سایش یکنواخت کلی در ترکیب شیمیایی بین آجر و مواد نسوز جدید و مصرف شده منجر شده و باعث کارایی بالتر سیستم گردد به این علت که سنگدانه های نسوز بازیافتی از آجر و مواد نسوز تمایل به تخلخل بالاتر و چگالی کمتری نسبت به مواد اولیه دارند، که بر خواص فیزیکی و مکانیکی دیرگدازها تأثیر می گذارد.  

نکته بسیار مهم کاربردی

در صورتیکه درصد خاصی  ازسنگدانه های نسوز بازیافتی را با مخلوط نسوز نو ترکیب کنیم ،کیفیت مطلوبتری ارائه میدهد.

آجر و مواد نسوز کرومی:

با توجه  نگرانی های زیست محیطی مربوط کاربرد کروم و عدم جایگزین مناسبی برای آن  استفاده مجدد از ضایعات آشکارتر میباشد

ذکر این نکته لازم است در صورت بازیافت نباید در لایه نسوز اصلی و در پوشش‌های سایش پذیر استفاده شوند، اما برای  اجرای لایه نسوز دائمی  در صورت ترکیب با خاک رس با درصد و درجه خاصی مناسب هستند .

 کربن منیزیایی

یکی از پرمصرف ترین مواد نسوز در صنعت دیرگدازها منیزیم است انواع کاربرد  آن در صنایع فولاد / صنعت مس (مبدل، ذوب فلش) /سیمان / کوره های دوار،/ صنعت شیشه و آجر کربن منیزیا نشان دهنده اهمیت آن میباشد. آجر و مواد نسوز کربن منیزیایی  با توجه به مرطوب نشدن و عدم نفوذ سرباره به داخل دیرگدازه حاوی کربن ،کمترین آلودگی را از خود نشان می‌دهند،

اکسید الومینیوم (آلومینا)

اجرهای نسوز آلومینایی در سه دسته طبقه بندی میشوند

 آلومینا بادرصد بالا (یکپارچه) که به آن آجر و مواد نسوز بوکسیتی (آلومینای بالا) هم گفته میشود .عمدتاً در صنعت فولاد و پوشش سقف کوره و در صنعت سیمان و آهک به عنوان پوشش نسوز کوره های دوار استفاده می شود. ،

آلومینا با درصد پایین  که آجرهای شاموتی از این دسته هستند در کاربردها و صنایع مختلف مورد استفاده قرار میگیرند پرمصرف‌ترین نسوز در سراسر جهان هستند .

 بازیافت آجر و مواد نسوز مصرف شده شاموتی بسیار موفقیت آمیز میباشد و به‌عنوان مواد ریخته‌گری برای دیواره‌ها و کف با عملکرد رضایت‌بخش مورد استفاده مجدد قرار میگیرند. بازیافت جرم آلومینا اسپینل ریختگی مصرف شده، مناسب برای استفاده  مجدد به عنوان مواد گانینگ است..

موانع بازیافت آجر و مواد نسوز و راه های غلبه بر آنها:

عملیات اجرایی و سابقه و تولید  و بازیافت آجر و مواد نسوز مصرف شده در تولید دیرگدازهای جدید  طی سالیان گذشته و نتایج خوب از نظر فنی  کاملا توان بالای این شرکت را نشان میدهد.

دریافت درجه فناوری و دانش بنیانی و لوح تقدیر پژوهشگر برتر سال 1402 نشانگر این توانایی میباشد ، این شرکت برای بیش از یک دهه محری بازیافت بوده است. با این وجود، علیرغم تمام نیازها و مزایای نهان و پنهان و امکان ازمایش سنجی و آنالیزهای محصولات تولید شده، آجر و مواد نسوز بازیافتی هنوز تنها  درصد کمی از ورودی مواد خام را تشکیل می دهند. و موانع زیادی سر راه این صنعت به صورت عام قرار دارد .

مصرف کنندگان آجر و مواد نسوز احساس می کنند که مواد بازیافتی باید به طور قابل توجهی کیفیت پایین تر و ریسک بالاتری دارند.

با توجه به شرایط خاص ایران و تحریمهای پی در پی و مشکلات ناشی از آن و مشاهدات بازار و قیمتهای جهانی و داخلی بر اساس براوردها قیمت تمام شده محصولات بازیافتی پایین تر از قیمت محصول نو با همان کیفیت و و انالیز میباشد .این موضوع باعث دلگرمی و اطمینان مصرف کننه را دارد در ضمن اینکه از خروج میلیونها دلار جلوگیری میکند و اشتغال مستقیم و غیر مستقیم بسیاری را فراهم میکند  ما تضمین کیفیت و رقابت پذیری هزینه آجر و مواد نسوز، برای یک تولید قابل دوام و یک عرضه طولانی مدت کافی و پایدار از مواد اولیه ضایعاتی با کیفیت بالا را ارائه میدهیم

آیا از نظر علمی توانایی اجرای کار هست ؟

استفاده از تکنولوژی بومی و بروز شده و استفاده از مهندسین جوان و خلاق و عملیاتی شدن به مدت بیش از ده سال توانیی کامل مجموعه را نشان میدهد.

مقدار ضایعات در بسیاری از کارخانه هاکم است

مقادیر کم ضایعات نسوز در هر کارخانه باعث کاهش بیشتر امکان پذیری اقتصادی بازیافت و تولید مجدد می شود . راه حل  این مشکل ادغام ورودی ضایعات از منابع مختلف است به این ترتیب، این روش می توانند تا حد زیادی رقابت پذیری هزینه بازیافت آجر و مواد نسوز را بهبود بخشند.

چشم انداز:

آیا تولید آجر و مواد نسوز به شدت به مواد خام با کیفیت بالا وابسته است.؟

تهیه مواداولیه بصورت فزاینده ای دشوار می شود و متاسفانه با توجه به شرایط عمومی کشور هم زمان قیمت ها نیز در حال افزایش است. سالانه بالغ بر 10 میلیون تن تولید آجر و مواد نسوز داریم که تنها بخش کوچکی از آن بازیافت می شود. صنعت تولید آجر و مواد نسوز بازیافتی تنها درچند سال گذشته شروع به توسعه کرده و در ابتدا بیشتر بر کاهش هزینه های مربوط به دفن ضایعات متمرکز بود. طی این مدت ارزش بالای بازیافت در آجر و مواد نسوز جدید به دلیل مزایای اقتصادی   و وابستگی کمتر به خارج و شرایط زیست محیطی و سیاستهای عمومی مبتنی بر دانش بومی و خروج از وابستگی بخصوص در 5 سال گذشته مورد توجه قرار گرفته است. توانایی مهندسین و امکانات  فنی درست و دقیق ،اجرای پروژه های موفق کشوری ، استفاده مجدد برای بسیاری از انواع آجر و مواد نسوز را ثابت کرده است، اما تاکنون فقط برای تعداد بسیار محدودی از کارخانجات استفاده شده است. یکی از موانع اصلی،باور به تضمین کیفیت بخش‌های بازیافتی است که با توجه به انالیزها و ترکیبات جدید در بخش تحقبق و توسعه این شرکت وبا دسته‌بندی صحیح آجر و مواد نسوز مصرف‌شده به این مهم دست یافته ایم . این امر به طور موثر کمک میکند کسریهای بازار بصورت کامل مرتفع شود. و براحتی میتواند نگرانیهای مصرف کنندگان را برطرف کند . پیشرفت‌های فنی و افزایش کیفیت و در دسترس بودن آنالیزهای آجر و مواد نسوز بازیافتی ونیازبه توسعه و پیشرفت و سرمایه‌گذاری بیشتر لازمه رشد و تکمیل این فرایند میباشد. در عین حال،ما آمادگی کامل داریم با دیگر تولیدکنندگان آجر و مواد نسوز و بازیافت‌کنندگان در سراسر ایران همکاری و تبادل دانش فنی و اطلاعات انجام بدهیم. تا با همیاری و خرد جمعی فرمول‌های جدیدی برای محصولات نسوز بر اساس مواد بازیافتی ایجاد شود. انتظار این مچموعه و تمام تولید کنندگان و مهندسین و دلسوزان این کشور از کارخانجات بزرگ و مصرف کنندگان نهایی نسوز این است که در این راه جدید و دشوار  مایل به پذیرش این حرکت و استفاده از نسوزهای تولید شده با مواد بازیافتی باشند که این امر مستلزم تغییر در طرز تفکر است.ما قبول داریم که شاید بعضی از اقلام بدلایل اقتصادی و عملیاتی و عواملی همچون هیدراته شدن و یا ارزش کم اقتصادی در زمره مواد بازیافتی قرار نگیرند ولی همین مواد را هم میتوان در صنایع دیکر از جمله ساختمان و زیر سازی و غیره مورد استفاده قرار داد. برای بهبود  کلی اقتصاد همه باید دست در دست هم  گذاشته و برای خود و فرزندان و کشور عزیزمان فرصتی عالی برای توسعه بیشتر فراهم آوریم

نمونه آجرهای بازیافتی سفارشی SURFACE جهت کف واگن های کوره تونلی در سه سایز

600*550*150 520*480*120 550*480*140

فریبرز برهان زاده

 پژوهشگر و تولید کننده مواد

 حوزه متالورژی

مهر 1402.

 

این مجموعه در سال 1396 واحد تولیدی بریکت سرد خود را بر اساس کمک به صنایع ذوب و جایگزین مناسبی برای اهن اسفنجی در استان یزد راه اندازی نمود و و توانسته در طی این سالیان جایگاه ویژه ای در بین مجتمع های فولادی و کارخانجات ذوب کسب نماید .

بریکت به ماده ای گفته میشود که از فشرده کردن و ترکیب کردن غبار زغال سنگ یا مواد دیگری از قبیل آهن اسفنجی، پلیسه و خرده آهن و خاک آهن اسفنجی تولید میگردد

بریکت سازی سرد

در این روش از بریکت سازی مواد را در دمای محیط به ماشین بریکت سازی وارد میکنیم. مواد خروجی این دستگاه متناسب با نوع مواد ورودی دو نوع میباشند که این دو نوع محصول عبارت هستند از 

بریکت نرمه آهن اسفنجی و بریکت سرد آهن اسفنجی. 

ویژگی های بریکت سرد

1.دارای مقاومت و استحکام بسیار بالا نسبت به خردایش

2.در برابر سایش از خود مقاومت نشان میدهد

3.در مقابل افت درجه فلزی مقاوم است

4.داشتن پایداری شیمیایی بسیار بالا

5.دانسیته بریکت سرد بالا است

مزایای استفاده از بریکت سرد

با توجه به شکل و ابعاد دارای چگالی به مراتب بالاتری از آهن اسفنجی را دارا میباشدو بدلیل نداشتن تخلخل براحتی از سرباره رد شده ودر پاشنه ذوب براحتی مذاب میشود و بمراتب سرباره کمتری نسبت به آهن اسفنجی ایجاد میکند حدود 20%

و اجازه بستن پل در ورودی کوره را نمیدهد.

 افزایش راندمان کوره بخاطر پایین آوردن زمان ذوب باعث سود دهی بالاتر میگردد.

افزایش عمر خاک نسوز کوره حداقل 25% بیشتر از زمانی که اهن اسفنجی استفاده میشود

اکسید نشدن و نگهداری زمان بیشتر در دپو کارخانه ، اهن اسفنجی بخاطر اکسید شدن سریع حداکثر تا دوهفته پس از تولید میتواند مورد مصرف بهینه قرار گیرد.

از نظر فیزیکی و شیمیایی دارای یکنواختی یکسان

از نظر حمل و نقل بمراتب ایمن تر و راحت تر

ارزانتر از آهن اسفنجی

در این مجموعه اندازه کربن موجود در بریکت کاملا بر اساس نیاز وسفارش مشتری به سه شکل کم کربن /متوسط کربن / کربن بالا تولید میگردد.

خواص فیزیکی والکتریکی سیلیسیم کارباید باعث شده است تا این ماده بهترین ماده ی رسانا برای دمای بالا ووسایل الکترونیکی ولتاژ قوی وفرکانس بالا باشند. خواص سیلیسیم کارباید باعث شده تا این ماده بهترین ماده ی نیمه رسانای مورد استفاده در وسایل الکترونیکی باشد که با ولتاژهای بالا کار می کند و این ماده رسانایی گرمایی بالایی دارد. ومی تواند دربرابر میدان های بزرگ ایستادگی کرده وهمچنین دارای نشت جریان بسیار پایینی در دماهای بالاست.
به هر حال درگذشته تولید سیلیسیم کارباید با مشکلات اقتصادی روبرو بوده وتهیه ی سیلیسیم کارباید با کیفیت بالا مقدور نبود. اما امروزه با تلاش تولید کنندگان وسایل پیچیده ای از این نوع نیمه رسانا تهیه شده است.
اندازه ی ویفرهای تهیه شده از این مواد یکی از فاکتورهای محدود کننده ی اقتصادی درتولید وسایل الکترونیکی سیلیسیم کاربایدی است. در ابتدا ویفرهای تهیه شده دارای اندازه ی 2 اینچ بودند که اخیراً ویفرهای 3 اینچی نیز ساخته شده است. اندازه ی بزرگتر ویفرهای سیلیسیم کاربایدی باعث افزایش توان عملیاتی یک نیمه رسانا می شود. واین مسئله تولید کنندگان را قادر می سازد تا هزینه ی ثابت خود را بر روی حجم بیشتری از محصولات پایانی پخش کنند. برای مثال یک ویفر 4 اینچی دارای مساحت سطی است که 78% نسبت به یک ویفر سیلیسیم کاربایدی 3 اینچی بیشتر است .که این مسئله باعث اقتصادی شدن فرآیند تولید می شود.

در سیمان نسوز که سیمان پرآلومین نیز نامیده می شود, ترکیبات آهک آلومینا جزء اصلی آن محسوب می شود. این سیمان از نظر ترکیبات شیمیایی شامل ترکیبی از اکسید کلسیم با اکسید سیلیسیوم, اکسید آلومینیوم, اکسید آهن و … می باشد.

سیمان نسوز در صورت ترکیب با آب و مجاورت با هوا سخت شده و مقاومت آن بالا می رود. دلیل این امر آلومینو سیلیکات کلسیم در سیمان است که بعد از ترکیب با آب هیدرات های آلومینات کلسیم ایجاد می کند و قابلیت سخت شدگی سیمان را تقویت می کند.

سیمان نسوز به مقدار خیلی کم به چسباننده هایی مانند سیمان پرتلند اضافه می شود تا سرعت گیرش آن را بالا ببرد. رنگ این سیمان از اکسید آهن موجود در آن ناشی می شود. اگر مقدار اکسید آهن سیمان بالا باشد رنگ آن قهوه ای تا خاکستری تیره است و اگر مقدار آن کم باشد رنگ سیمان از قهوه ای تا تا خاکستری روشن می باشد.

ویژگی های سیمان نسوز چیست؟

سیمان نسوز ویژگی ها بسیار عالی دارد که سبب شده این سیمان نسبت به دیگر سیمان ها بسیار متمایز باشد این ویژگی ها شامل:

1. مدت زمان گیرش این سیمان مانند سیمان پرتلند معمولی است اما زودتر سخت می شود.
2. بتن سیمان نسوز مقاومت مکانیکی خود را در درجه حرارت های بالا حفظ می کند و در برابر شوک حرارتی مقاوم است.
3. سیمان نسوز مقاومت بسیار بالایی در برابر مواد خورنده از قبیل آب های اسیدی و سولفاته و آب دریا دارد.
4. بتنی که از سیمان نسوز ساخته می شود استحکام بسیار بالایی در برابر سایش و ضربه دارد, به همین دلیل از آن برای کفپوش سالن های صنعتی استفاده می شود.

مراحل تولید سیمان پرآلومین چیست؟

برای تولید این نوع سیمان، سنگ آهک را با میزان مساوی بوکسیت ترکیب می کنند, سپس موادی که دارای آهن و سیلیس هستند به آن اضافه کرده و مخلوط حاصل را در کوره حرارت می دهند. در این حالت تمام مواد اولیه ذوب شده از کوره خارج شده و در سینی ریخته و سرد می شوند.این مواد که به صورت ورقه های شیشه ای سرد شده اند وارد دستگاه خردکن شده و به قطعات کوچکی به نام کلینکر تبدیل می شوند. سپس کلینکر به آسیاب رفته و پودر می شود. نتیجه این فرآیند سیمان پر آلومین است که رنگی تیره دارد.

کاربرد سیمان نسوز چیست؟

کاربرد سیمان نسور بسیار وسیع و متنوع است برای نمونه از این نوع سیمان ببه دلیل وجود خاصیت ترمودینامیکی سبب شده تا به عنوان یک چسب عالی جهت محکم کردن آجرها  استفاده شود. بعصی از کار این سیمان عبارت است از:

• تجهیزات زباله سوز
• ساخت انواع دودکش
• ساخت کف و دیواره کوره
• ساخت کوره های تناوبی و تونلی
• خشک کن و پیش گرم کوره های سیمان