بازیافت آجر و مواد نسوز مورد استفاده در فولادسازی

بازیافت آجر و مواد نسوز مصرف شده به دلیل فراوانی مواد اولیه ارزان قیمت و هزینه ­های کم دفع مواد عمدتاً خنثی، مورد توجه کمی قرار گرفته است آجر نسوز و مواد نسوز برای تمام فرآیندهای دما بالا مانند تولید فلزات، سیمان، شیشه و سرامیک ضروری هستند. تخمین زده می شود که سالانه 28 میلیون تن نسوز ضایعاتی تولید می­شود. در دو دهه اخیر بازیافت آجر و مواد نسوز مصرف شده به دلیل ملاحظات زیست محیطی و افزایش هزینه ­های دفن زباله مورد توجه بیشتری قرار گرفته است. با این حال، بازیافت آجر و مواد نسوز در کاربردهایی مانند فونداسیون های بستر جاده یا تصفیه کننده­ های سرباره، ارزش ذاتی کامل مواد را بوجود نمی ­آورد. بازیافت با ارزش بالاتر به عنوان مواد خام نسوز بسیار محدودتر است و تنها 7 درصد تقاضای مواد خام نسوز را برآورد می­ کند. اخیراً افزایش قیمت­ ها و مشکلات عرضه مواد خام با کیفیت بالا، انگیزه قوی برای حرکت به سمت این مسیر ایجاد کرده است.

بازیافت آجر و مواد نسوز که در این مقاله مروری، بر تاریخچه بازیافت آجر و مواد نسوز (دیرگدازها) و کاربردهای اصلی بازیافت نسوز با تمرکز ویژه بر بازیافت در نسوزهای جدید ارائه می دهد. فرآوری آجر و مواد نسوز صرف شده فعلی با توجه به بازیافت مواد خام مورد بحث قرار گرفته است و چشم اندازی به روندها و تحولات آینده ارائه می شود.

معرفی:

آجر و مواد نسوز تماس با مذاب یا گازهای خورنده را حفظ می کنند. آجر و مواد نسوز برای تمام فرآیندهای دما بالا مانند تولید فلزات، سیمان، شیشه و سرامیک ضروری هستند. انواع بسیار زیادی از آجر و مواد نسوز وجود دارد که برای برآورده کردن نیاز های دما بالا و فرآیند مورد نیاز در این شرایط برای هر کاربردی طراحی شده اند. آجر و مواد نسوز را می توان به روش های متعددی طبقه بندی کرد که رایج ترین آنها بر اساس روش نصب (شکل یا بدون شکل)، نوع اتصال (پیش گرم شده، پخته شده) و ترکیب شیمیایی (اسیدی، بازی یا خنثی) است (Fang et al., 1999). ). نسوزهای شکل دار یا آجر و مواد نسوز در یک هندسه از پیش تعریف شده فشرده می شوند و به همین ترتیب نصب می شوند، در حالی که نسوزهای بی شکل که معمولاً به آنها یکپارچه گفته می شود، به صورت پودر ارائه می شوند و در هنگام نصب به صورت ریختنی، ماله کشی، گانینگ، کوبیدنی، ارتعاشی و اسپری ماشین در محل استفاده می شوند. (فنگ و همکاران، 1999). در گروه آجر و مواد نسوز (دیرگدازهای شکل دار) می توان تمایز بیشتری بین آجر و مواد نسوز سرامیکی و کربنی باند شده ایجاد کرد. آجر و مواد نسوز سرامیکی باند یا پخته شده در دماهای بالا (1500 درجه سانتیگراد) با استفاده از اتصال دهنده های موقت و فرآیند سینترینگ تشکیل می شوند، در حالی که آجر و مواد نسوز با پیوند کربنی یا حرارتی در دماهای پایین تر (300 درجه سانتیگراد) با استفاده از چسب های هیدروکربنی (رزین، زمین، روغن، … ) و قدرت نهایی در طی گانینگ درجا ایجاد می شود. طبقه بندی به اسیدی، بازی یا خنثی بر اساس برهمکنش ماده اولیه اصلی با آب است. آجر و مواد نسوز اسیدی مانند مواد آلومینا سیلیکات، سیلیس و زیرکون معمولاً برای دماهای عملیاتی پایین تر از سایر آجر و مواد نسوز استفاده می شوند و معمولاً بسیار کمتر هستند. آجر و مواد نسوز دیگری، از جمله منیزیا، دولومیت و اسپینل، اغلب با کربن و گرافیت ترکیب می شوند و در محیط های بسیار زیادی استفاده می شوند. آنها می توانند بالاترین دمای عملیاتی را تحمل کنند، اما مستعد هیدراتاسیون هستند و بنابراین نیاز به جابجایی مناسب دارند. آجر و مواد نسوز خنثی مانند دیرگدازهای کروم و آلومینا به دلیل دمای ذوب بالا و قیمت متوسط به طور گسترده توسط صنایع فلزی استفاده می شوند و توانایی استفاده در هر دو محیط اسیدی و بازی را دارند (Fang et al., 1999). از آنجایی که تولید آجر و مواد نسوز کرومیتی به دلیل نگرانی های زیست محیطی کاهش یافته است، آجر و مواد نسوز آلومینایی در دسترس ترین مواد خنثی هستند. بر اساس یک بررسی اجمالی اخیر (IMFORMED، 2016) (جدول 1)، پرمصرف ترین آجر و مواد نسوز در سراسر جهان، خاک نسوز (46٪) و نسوز پایه منیزیتی (26٪) هستند. خاک های نسوز در کاربردها و صنایع بسیار متنوعی استفاده می شوند، در حالی که خاک های نسوز منیزیا برای صنعت فولاد بسیار مهم هستند. دولومیت، اگرچه نقش کوچکی در سراسر جهان (3٪) دارد، اما به شدت برای صنعت فولاد ضد زنگ لازم است، جایی که آجر و مواد نسوز دولومیتی تا حد زیادی جایگزین آجر و مواد نسوز منیزیم کرومیت در خارج از چین شده اند.

تولید آجر و مواد نسوز در سراسر جهان حدود 35 تا 40 میلیون تن در سال است که نوسانات سالانه عمدتاً توسط صنعت آهن و فولاد تعیین می شود که تا 70 درصد از کل تقاضا را بر عهده دارد. در طول مرحله استفاده، 30 تا 40 درصد وزنی آجرهای نسوز مصرف می شود (ناکامورا و همکاران، 1999)، که نشان می دهد تا 28 میلیون تن فرآورده های نسوز مجدد در سال تولید می شود. علیرغم این مقادیر قابل توجه، بازیافت آجر و مواد نسوز مصرف شده در گذشته به دلیل فراوانی مواد اولیه بکر ارزان قیمت و هزینه های کم دفع مواد عمدتاً خنثی، مورد توجه کمی قرار گرفته است. از لحاظ تاریخی، مشکل تولید ضایعات نسوز عمدتاً با کاهش مصرف نسوز به ازای هر تن محصول حل می‌شد. در صنعت فولاد مصرف نسوز کاهش یافته است. امروزه، 25 تا 30 کیلوگرم نسوز در هر تن فولاد در سال 1970 به حدود 8 کیلوگرم در تن در ایالات متحده و ژاپن کاهش یافته است (Domínguez et al., 2010; Koros, 2003). روند مشابهی برای سایردر سراسر جهان حدود 35 تا 40 میلیون تن در سال است که نوسانات سالانه عمدتاً توسط صنعت آهن و فولاد تعیین می شود که تا 70 درصد از کل تقاضا را بر عهده دارد. در طول مرحله استفاده، 30 تا 40 درصد وزنی دیرگداز مصرف می شود (ناکامورا و همکاران، 1999)، که نشان می دهد تا 28 میلیون تن فرآورده های آجر و مواد نسوز مجدد در سال تولید می شود. علیرغم این مقادیر قابل توجه، بازیافت آجر و مواد نسوز مصرف شده در گذشته به دلیل فراوانی مواد اولیه بکر ارزان قیمت و هزینه های کم دفع مواد عمدتاً خنثی، مورد توجه کمی قرار گرفته است. از لحاظ تاریخی، مشکل تولید ضایعات نسوز عمدتاً با کاهش مصرف آجر و مواد نسوز به ازای هر تن محصول حل می‌شد. در صنعت فولاد مصرف آجر و مواد نسوز کاهش یافته است. مصرف 25 تا 30 کیلوگرم آجر و مواد نسوز در هر تن فولاد در سال 1970 به حدود 8 کیلوگرم در تن در ایالات متحده و ژاپن کاهش یافته است (Domínguez et al., 2010; Koros, 2003). روند مشابهی برای سایر صنایع مانند صنعت سیمان مشاهده می شود که مصرف از بیش از 2 کیلوگرم کلینکر سیمان نسوز به ازای هر تن به طور متوسط 0/9 کیلوگرم در تن و حتی به کمتر از 2/0 کیلوگرم در تن در مدرن ترین کوره ها کاهش یافته است. (Guéguen و همکاران، 2014). در دو دهه اخیر بازیافت آجر و مواد نسوز مصرف شده به دلیل ملاحظات زیست محیطی و افزایش هزینه های دفن زباله مورد توجه بیشتری قرار گرفته است. سلسله مراتب زباله، همانطور که در آخرین نسخه دستورالعمل چارچوب زباله کمیسیون اروپا( 2008/98/EC EC، 2008)گنجانده شده است، یک اولویت را برای مدیریت پسماند تعیین می کند،  یعنی:

1) پیشگیری

2) آماده سازی برای استفاده مجدد

3) بازیافت

 4) بازیابی­ های دیگر (مثلاً بازیافت انرژی)

 5) دفع

یکی از کاستی های سلسله مراتب این است که بین انواع مختلف بازیافت تفاوت قائل نمی شود تا به حداکثر برسد. ارزش ذاتی زباله در بازیافت حلقه بسته، امری ذاتی است. خواص مواد بازیافتی تفاوت قابل توجهی با مواد اولیه ندارد. بنابراین مواد بازیافتی می توانند جایگزین مواد اولیه شده و در محصولات مشابه قبلی استفاده شوند. در 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 (Huysman et al., 2015). بازیافت حلقه بسته این پتانسیل را دارد که منافع اقتصادی بالاتری ایجاد کند و در عین حال به تکامل کمک کند. در یک اقتصاد دورانی، همانطور که بنیاد الن مک آرتور در میان دیگران تعریف کرده است، هدف این است که عملکرد و بنابراین ارزش یک ماده را تا حد امکان در یک دوره زمانی طولانی‌تر حفظ کند (EMF، 2015). بنابراین، سلسله مراتب ضایعات به خودی خود برای دستیابی به کاهش مطلق در توان عملیاتی مواد در اقتصاد کافی نیست (مواد زدایی). یک مفهوم مبتنی بر ارزش از ضایعات با مشخصات سخت‌گیرانه‌تر در مورد بازیافت حلقه باز و بسته یکی از راه‌حل‌های پیشنهادی برای بهبود استفاده از سلسله مراتب است (Van Ewijk and Stegemann, 2016). آجر و مواد نسوز مصرف شده تا حد زیادی در کاربردهای بازیافت حلقه باز مانند سنگدانه های بستر جاده استفاده شده است (Domínguez et al., 2010) و تصفیه سرباره در صنعت فولاد (Conejo و همکاران، 2006؛ لول و همکاران، 2005؛ ناکامورا و همکاران، 1999). در چنین کاربردهایی، ارزش آجر و مواد نسوز بازیافتی محدود به هزینه مواد جایگزین شده است، به عنوان مثال. کمتر از 20 دلار در تن برای سنگدانه های بستر جاده و حدود 60 دلار در تن برای کمک ذوب ها (Lule et al., 2005) در حالی که قیمت های بازاریابی برای منیزیم سوخته ممکن است 3 تا 5 برابر بیشتر باشد. بازیافت با ارزش بالاتر به عنوان آجر و مواد نسوز خام بسیار محدودتر است و تنها 7 درصد تقاضای آجر و مواد نسوز خام تخمین زده می شود (IMFORMED، 2016؛ Odreitz، 2016). اخیراً، 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. این مقاله مروری بر تاریخچه بازیافت آجر و مواد نسوز و کاربردهای اصلی بازیافت دیرگدازها با تمرکز ویژه دارد.

در مورد بازیافت آجر و مواد نسوز جدید فرآوری آجر و مواد نسوز صرف شده فعلی با توجه به بازیافت مواد خام مورد بحث قرار گرفته است و چشم اندازی به روندها و تحولات آینده ارائه می شود.

2. تکامل تاریخی بازیافت در آجر و مواد نسوز:

به دلیل نگرانی در مورد سمی بودن کروم، آجر و مواد نسوز حاوی کروم مصرف شده اولین موردی بودند که توجه بازیافت را به خود جلب کردند، تحقیقاتی که قدمت آن به اوایل دهه 1980 برمی گردد (Fang et al., 1999) و اولین ثبت اختراع در مورد پردازش مجدد آجر و مواد نسوز منیزیت-کرومیت مصرف شده به خام نسوز. مطالب منتشر شده در سال 1985 (نزیری زاده و همکاران، 1985). افزایش آگاهی زیست‌محیطی، افزایش هزینه‌ها برای دفع زباله و کاهش در دسترس بودن فضا برای دفن ضایعات، ظاهراً یک دهه بعد، با درخواست‌های ثبت اختراع متعدد مربوط به احیای آجر و مواد نسوز که پس از اواسط دهه 90 منتشر شد، علاقه به بازیافت سایر انواع آجر و مواد نسوز را برانگیخت (جدول 2). در ایالات متحده، یک مطالعه بزرگتر برای شناسایی گزینه های بازیافت و کاهش دفن ضایعات، با انتشارات مرتبط که در مورد مشخصات آجر و مواد نسوز مصرف شده و توسعه گزارش می دهند. تکنیک های بازیافت آجر و مواد نسوز نیز در این زمان آغاز شد (فنگ و همکاران، 1999؛ اسمیت و همکاران، 1999). علاقه به بازیافت آجر و مواد نسوز به طور گسترده ای بین کشورها و مناطق در مورد استرس محلی بر منابع و گزینه های دفن ضایعات متفاوت است. در ژاپن، بازیافت آجر و مواد نسوز قبلاً مورد مطالعه قرار گرفته و پس از بحران نفت در دهه 1970 به طور گسترده اعمال شده است (Sugita، 2008) با نمونه هایی از بازیافت آجر و مواد نسوز در تولید مواد نسوز در اوایل سال 1999 نشان داده شده است (Nakamura et al., 1999). در این زمان، گزارش شد که 99٪ از آجر و مواد نسوز هنوز در ایالات متحده دفن می شوند (Fang et al.,1999)، که در آن علاقه به بازیافت آجر و مواد نسوز به دلیل فقدان نیروهای محرک اقتصادی یا محیط زیست قوی، با توجه به هزینه کم دفن ضایعات در اکثر آجر و مواد نسوز محدود بود. فراوانی مواد خام طبیعی تنها به‌عنوان سودمندی ساده از آجر و مواد نسوز مصرف‌شده برای دوام اقتصادی در نظر گرفته شد (کوانگ و بنت، 2002). ادعا شد که تجربه کانادا و اروپا در بازیافت آجر و مواد نسوز در سال 2001 به دلیل قوانین زیست محیطی قوی تر و فشار اقتصادی محلی از ایالات متحده جلوتر است (Koros, 2003).

تفاوت جغرافیایی متمایز در بازیافت آجر و مواد نسوز نیز از ادبیات ثبت اختراع مربوطه مشهود است (جدول 2). جدا از چند پرونده اولیه اروپایی در آلمان، نوآوری تحت سلطه مشارکت به ویژه ژاپن و تا حدی کره و چین است. 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 (PRE، 2009). مرگ افراد متعدد نقش برجسته‌تری که به بازیافت آجر و مواد نسوز در صنعت نسوز اختصاص داده شده است، اولین جلسه اختصاصی بازیافت در کنفرانس 2015 (کنفرانس فنی بین‌المللی متحد در مورد آجر و مواد نسوز)، یکی از رویدادهای پیشرو در این بخش است. افزایش توجه به بازیافت منجر به کاهش شدید دفن ضایعات نسوز شده است. به عنوان مثال، در ژاپن، صنعت فولاد تلاش های قابل توجهی برای افزایش بازیافت انجام داده است و تا 90٪ یا حتی 100٪ بازیافت حاصل می شود (Hanagiri et al., 2008). با این حال، دیرگدازهای مصرف شده هنوز هم عمدتاً در کاربردهای کم عیار مانند مصالح بستر جاده و سنگدانه ها در آجر یا کاشی جدید بازیافت می شوند و در نتیجه مواد خام با ارزش از بین می روند. با این وجود، دفن زباله هنوز به عنوان روش معمول تا همین اواخر گزارش شده است. در ایران (آرین پور و همکاران، 2010)، استرالیا (اکرام الحق و همکاران، 2012)، و اسپانیا (فریرا و همکاران، 2015).

3. کاربردهای بازیافت آجر و مواد نسوز

3.1. بازیافت حلقه باز آجر و مواد نسوز

یکی از رایج ترین کاربردهای آجر و مواد نسوز مصرف شده، استفاده به عنوان سنگدانه های راهسازی است. با این حال، شستشوی فلزات سنگین مانند کروم باید قبل از استفاده ارزیابی شود تا از اثرات زیست محیطی جلوگیری شود (Domínguez et al., 2010). همچنین ممکن است برای جلوگیری از مشکلات انبساط در حین استفاده، به ویژه برای آجر و مواد نسوز منیزیمی، نیاز به هیدراتاسیون اولیه باشد. هیدراته شدن و از بین رفتن سریع آجر و مواد نسوز دولومیتی آنها را برای این استفاده نامناسب می کند.

آجر و مواد نسوز مانند دولومیتی و منیزیتی معمولاً به‌عنوان سازنده سرباره یا حالت‌دهنده در فرآیندهای متالورژی استفاده می‌شوند (ناکامورا و همکاران، 1999). به طور سنتی، آهک متالورژیکی و دولومیتی برای اشباع MgO سرباره در کوره های قوس الکتریکی (EAF) برای کاهش مصرف نسوز اضافه می شود. نشان داده شده است که جایگزینی آهک دولومیتی با دیرگداز مصرف شده MgO-C منجر به افزایش MgO در سرباره و افزایش طول عمر دیرگداز می شود (Conejo و همکاران، 2006؛ Lule و همکاران، 2005). به شرطی که برای تعیین دوز مناسب دقت شود (Luz et al., 2013). عمل بازیافت آجر و مواد نسوز مصرف شده MgO-C در EAF در سایت های صنعتی آزمایش و اجرا شده است و امروزه به عنوان یک روش متالورژیکی توصیه شده در نظر گرفته می شود (Conejo و همکاران، 2006؛ Kwong و Bennett، 2002؛ Lule و همکاران، 2005). استفاده از 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، طول عمر بیشتر آجر و مواد نسوز و صرفه جویی در شار می باشد.

آجر و مواد نسوز منیزیت-کرومیت مصرف شده به عنوان قراضه برای تولید فلزات کروم بازیافت شده اند (اسمیت و همکاران، 1999). آجرهای دولومیتی به طور خاص باید خنثی کننده سریع و مؤثر خاک باشند (اسمیت و همکاران، 1999) (هاناگیری و همکاران، 2008). از دیگر کاربردهای دیگری که در ادبیات ذکر شده است بازیافت به عنوان مواد خام برای ساخت کلینکر (سیمان) است (Domínguez et al., 2010).

3.2. بازیافت حلقه بسته:

در حالی که برنامه های مورد بحث در پاراگراف قبل گزینه های ارزشمندی برای کاهش دفن ضایعات و صرفه جویی در منابع خام هستند، ارزش اقتصادی بالاتری را اغلب می توان با بازیافت به عنوان مواد خام برای تولید آجر و مواد نسوز جدید به دست آورد. علاوه بر این، اجتناب از استفاده از مواد اولیه ممکن است منجر به صرفه جویی قابل توجهی در انرژی و انتشار گازهای گلخانه ای شود. به عنوان مثال، تولید منیزیم (MgO) از منیزیت ماده خام اولیه آن (MgCO3) یک مرحله به ویژه انرژی بر است، با تقاضای انرژی بین 6 تا 12 GJ/ton MgO بسته به ویژگی ها و رطوبت منیزیت خام. (JRC، 2009). بازیافت به عنوان ماده اولیه آجر و مواد نسوز با عمل پارگی پیچیده می شود که منجر به ایجاد مخلوطی از آجر و مواد نسوز که جداسازی آنها از نظر نوع و درجه دشوار است و آلودگی آجر و مواد نسوز در مرحله استفاده که برآوردن نیازهای با کیفیت بالا را دشوار می کند. برای مواد آجر و مواد نسوز انواع مختلف دیرگداز معمولاً در یک ظرف واحد ترکیب می‌شوند تا به مقاومت سایش مطلوب در عملکرد شرایط فرآیند محلی دست یابند. به عنوان مثال، پاتیل ها معمولاً برای استفاده از پوشش پایه یا خنثی (دولومیت، آلومینا) برای نواحی تماس مذاب و آجر یا مواد نسوز گران‌تر اما مقاوم در برابر خوردگی (منیزیم-گرافیت) برای تماس با سرباره طراحی می‌شوند (اسمیت و همکاران، 1999). حتی در یک نوع آجر، تغییرات مقاومت در برابر سایش را می توان با اصلاح ترکیب برای دستیابی به سایش یکنواخت کلی، به عنوان مثال در پیشرفته ترین کوره ها (BOF) معرفی کرد. (جانسن، 2007). جدول 3 تفاوت در ترکیب شیمیایی بین آجر و مواد نسوز جدید و مصرف شده را نشان می دهد. مشاهده می شود که تماس با مذاب و سرباره در طول عمر آجر و مواد نسوز باعث افزایش میزان CaO، Fe2O3 و SiO2 در دیرگدازهای بازیافتی می شود. وجود این ناخالصی ها معمولاً منجر به کاهش دوام به دلیل تشکیل مذاب بین Ca/Si و Mg/Al می شود (Hanagiri et al., 2008). علاوه بر این، 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 که در جدول 4 نشان داده شده است، تأثیر می گذارد.  در نتیجه، مقدار سنگدانه های نسوز بازیافتی که می توانند وارد مخلوط نسوز شوند محدود است و به شدت به خلوص کسر بازیافتی بستگی دارد.

آجر و مواد نسوز کرومی:

همانطور که قبلاً گفته شد، نگرانی های زیست محیطی مربوط به حضور کروم (VI) تحقیقات اولیه برای جایگزینی و بازیافت آجر و مواد نسوز کرومی را تحریک کرد. حتی اگر استفاده از آنها به دلیل ضایعات خطرناک تولید شده تا حد زیادی حذف شده است (در حال حاضر کرومیت تنها 1٪ از تقاضای جهانی آجر و مواد نسوز خام کرومی را تشکیل می دهد)، برای برخی از کاربردها جایگزین مناسبی در دسترس نیست (Simon et al., 2003). در آلمان، روشی برای پردازش مجدد آجر و مواد نسوز منیزیم-کروم مصرف شده (MgO-Cr) به مواد خام نسوز با ترکیبی از خرد کردن و شستشو با آب در سال 1985 توسعه یافت (نزیری زاده و همکاران، 1985).

فانگ و همکاران تحقیقات مرتبط را تا سال 1999 بررسی کردند و دریافتند که آجر و مواد نسوز مصرف شده MgO-Cr به طور موفقیت آمیزی در مخلوط های گانینگ برای کوره های فولادسازی در ژاپن بازیافت شدند (Fang et al., 1999). مطالعه دیگری در ژاپن نشان داد که آجر و مواد نسوز MgO-Cr با مواد بازیافتی به دلیل مشکلات پایداری کیفیت ناشی از محتوای ناسازگار Cr2O3 در لایه نسوز اصلی نمی‌توانند در پوشش‌های سایش پذیر استفاده شوند، اما برای لایه نسوز دائمی مناسب هستند (Nakamura et al., 1999). نویسندگان خاطرنشان کردند که می توان با حذف انتخابی هر نوع آجر و مواد نسوز MgO-Cr بر مشکل غلبه کردند. تحقیقات بعدی یک فرآیند تصفیه برای آجر و مواد نسوز کرومیتی را بر اساس ذوب دیرگدازهای مصرف شده غنی از Cr2O3 و خاک رس با هم در یک کوره قوس برای تشکیل کریستال های مخلوط Cr2O3-Al2O3 مورد بررسی قرار داد که می تواند به عنوان ماده خام برای دیرگدازها استفاده شود (سایمون و همکاران، 2003) که با موفقیت در یک کارخانه آزمایشی (کوره قوس الکتریکی 300 کیلووات، ظرفیت ذوب 100 کیلوگرم در ساعت، T> 2100 درجه سانتیگراد) آزمایش شد و نتایج را می توان در یک کارخانه شریک صنعتی در آزمایشات بزرگتر (10000 کیلوگرم) بازتولید کرد، البته با پیشنهاد برای تطبیق شرایط عملیاتی سایر فرآیندهای تصفیه شامل تولید کلینکرهای Mg-Cr توسط همجوشی در دمای بالا در یک EAF (چو و همکاران، 2002) و تولید یک دیرگداز کروم با مقدار کاهش یافته کروم شش ظرفیتی با ترکیب دیرگدازهای مصرف شده حاوی کروم با مواد خام حاوی C (توکوناگا و کاواهارا، 2002).

آجر و مواد نسوز منیزیتی:

دیرگدازهای حاوی منیزیم یکی از پرمصرف ترین مواد نسوز هستند انواع دیرگدازها، با کاربرد در صنعت فولاد (مبدل، کوره قوس الکتریکی، پاتیل)، صنعت سیمان (منطقه گرم کوره های دوار)، صنعت مس (مبدل، ذوب فلش) و صنعت شیشه (ریکوپراتورها) (PRE، 2009). همچنین سهم مهم آنها از مصرف جهانی آجر و مواد نسوز خام (26٪) منعکس شده است (جدول 1). آجر و مواد نسوز کربن منیزیا (MgO-C) جزو اولین آجرهای نسوز بودند که از اواسط دهه 90 بازیافت شدند (Arlt و König، 1998). پوشش کاری EAF تقریباً به طور کامل از آجر و مواد نسوز MgO-C تشکیل شده است و تنها مقدار کمی از آجر و مواد نسوز آلومینا-MgO-C (AMC) در پایین آن وجود دارد. علاوه بر این، آجر و مواد نسوز MgO-C استفاده شده آلودگی کمتری از خود نشان می‌دهند، زیرا ویژگی‌های مرطوب نشدن دیرگدازهای حاوی کربن هستند، به طوری که اساساً هیچ نفوذ سرباره‌ای وجود ندارد (Nakamura et al., 1999). به این ترتیب، EAF منبع نسبتاً تمیزی از دیرگدازهای مصرف شده MgO-C را تشکیل می دهد که در ترکیب با طول عمر نسبتاً کوتاه پوشش های EAF (به ترتیب هفته ها) و ارزش بالای MgO و گرافیت، علاقه به MgO- را توضیح می دهد. C بازیافت مشخص شد که آجر و مواد نسوز MgO-C بازسازی شده حاوی تا 30 درصد مواد بازیافتی دارای خواص تقریباً یکسانی با آجر و مواد نسوز با درجه پایین MgO-C هستند و پتانسیل ساخت درجات مختلف آجر و مواد نسوز بازیافت شده را بر اساس خلوص MgO و گرافیت در مواد بازیافتی ارائه می دهند. (ناکامورا و همکاران،1999).

آجر و مواد نسوز آلومینایی:

آجر و مواد نسوز (کم آلومینا) مانند شاموت پرمصرف‌ترین نسوزها در سراسر جهان هستند (جدول 1) و در کاربردها و صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند. آجر و مواد نسوز بوکسیتی (آلومینای بالا) عمدتاً در صنعت فولاد (ابزار حمل و نقل و سقف کوره های قوس الکتریکی) و در صنعت سیمان و آهک (پوشش نسوز کوره های دوار) استفاده می شود. آلومینا بالا (یکپارچه) از کوره های القایی در یک ریخته گری فولاد برای بازیافت به عنوان سنگدانه نسوز مناسب است، مشروط بر اینکه آلودگی فلزی موجود در سطح به اندازه کافی حذف شود (اسمیت و همکاران، 1999). آزمایشات در یک سایت صنعتی Alcoa (Schubert et al., 1999) نشان داد که آجر و مواد نسوز مصرف شده از کوره‌های پخت کربن می‌توانند با موفقیت مجدداً به‌عنوان مواد ریخته‌گری برای دیواره‌های بالا و کف با عملکرد رضایت‌بخش حتی پس از دو سال خدمت مورد استفاده مجدد قرار گیرند. تحقیقات انجام شده توسط Nippon Steel (Nakamura و همکاران، 1999) نشان داد که برای جرم آلومینا اسپینل (Al2O3-spinel) ریختگی مصرف شده، مواد آلوده پس از خرد کردن در بخش کوچکتر (کمتر از 1 میلی متر) متمرکز می شوند زیرا سرباره راحت تر از آجر و مواد نسوز خرد می شود و فقط این بخش را ایجاد می کند. مناسب برای استفاده به عنوان مواد تعمیری یا گانینگ است. آجر و مواد نسوز مصرف شده بیش از 1 میلی متر را می توان در آجرهای بازسازی شده و یا برای گانینگ استفاده کرد.

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

مثال های ارائه شده در بالا نشان می دهد که بازیافت آجر و مواد نسوز مصرف شده در تولید دیرگدازهای جدید از نظر فنی امکان پذیر است. برای برخی از انواع دیرگداز، مانند MgO-C، بازیافت یک عمل رایج برای بیش از یک دهه بوده است. با این وجود، علیرغم مزایای آشکار و امکان سنجی فنی، آجر و مواد نسوز بازیافتی هنوز تنها 7 درصد از ورودی مواد خام را تشکیل می دهند. یک مطالعه بازار که در طول پروژه REFRASORT انجام شد دلایل اساسی را روشن کرد. یکی از مسائل مهم تضمین کیفیت و رقابت پذیری هزینه آجر و مواد نسوز بازیافتی است. برای یک تولید قابل دوام، باید یک عرضه طولانی مدت کافی و پایدار از مواد اولیه ثانویه با کیفیت بالا ارائه شود. در عین حال، تولیدکنندگان آجر و مواد نسوز احساس می کنند که مواد بازیافتی باید به طور قابل توجهی ارزان تر از مواد اولیه باشند زیرا کیفیت پایین تر و ریسک بالاتری دارند. با مرتب‌سازی دستی فعلی دسته‌های کوچک، که هرکدام به کنترل کیفیت فردی نیاز دارند و قیمت‌های پایین بازار برای محصولات اولیه، بازیافت اقتصادی مقرون‌به‌صرفه تنها برای آجر و مواد نسوز با بالاترین کیفیت و دسته‌بندی آسان مانند MgO-C که فقط تشکیل می‌دهند، قابل دستیابی است. کسری جزئی از حجم کل هزینه های کم دفع مورد استفاده مجدد قرار گیرند، برای این نوع مواد (به استثنای آجرهای حاوی کروم)، و مقادیر کم ضایعات نسوز در هر کارخانه باعث کاهش بیشتر امکان پذیری اقتصادی می شود. تهدیدهای دیگر برای بازیافت آجر و مواد نسوز، عدم وضوح و سازگاری قوانین در مورد رسیدگی، تصفیه و حمل و نقل مواد زائد در سراسر مرزهای کشور و بار اداری است. پیشرفت های فنی می تواند به غلبه بر این تهدیدها کمک کند. به عنوان مثال، مرتب‌سازی خودکار این پتانسیل را دارد که فرآیند بازیافت را ارزان‌تر و قابل اطمینان‌تر کند و در نتیجه کیفیت بالاتر و قابل تأییدی را به همراه داشته باشد. چنین سیستمی همچنین می‌تواند با جریان‌های ورودی متنوع‌تر، بدون دانش پیشین مقابله کند و ادغام منابع مختلف را برای دستیابی به جرم بحرانی ممکن می‌سازد. به این ترتیب، این سیستم ها می توانند تا حد زیادی رقابت پذیری هزینه بازیافت آجر و مواد نسوز را بهبود بخشند.

نتیجه گیری و چشم انداز:

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

موادی که تهیه بسیاری از آنها به طور فزاینده ای دشوار می شود و هم زمان قیمت ها نیز در حال افزایش است. این در حالی است که سالانه بالغ بر 28 میلیون تن تولید می شوند که تنها بخش کوچکی از آن بازیافت می شود. آجر و مواد نسوز بازیافتی تنها در دو دهه گذشته شروع به توسعه کرده و در ابتدا بیشتر بر کاهش ضایعات و هزینه های مربوط به دفن ضایعات متمرکز بود. در 10 سال گذشته، بازیافت با ارزش بالا در آجر و مواد نسوز جدید به دلیل مزایای بالقوه اقتصادی (مواد اولیه ارزان تر، هزینه های تصفیه کمتر) و زیست محیطی (تقاضای انرژی کمتر و انتشار CO2 در مقایسه با مواد اولیه) مورد توجه قرار گرفته است. امکان سنجی فنی درست و دقیق، استفاده مجدد برای بسیاری از انواع آجر و مواد نسوز را ثابت کرده است، اما تاکنون فقط برای تعداد بسیار محدودی از مواد مانند MgO-C به طور گسترده استفاده شده است. یکی از موانع اصلی، تضمین کیفیت بخش‌های بازیافتی است که به شدت با دسته‌بندی صحیح آجر و مواد نسوز مصرف‌شده مرتبط است. این امر به طور موثر مقدار کسری های به خوبی طبقه بندی شده موجود در بازار را محدود می کند و نگرش نگران کننده ای را از خریداران احتمالی القا می کند. پیشرفت‌های فنی مانند انتخاب خودکار پتانسیل افزایش کیفیت و در دسترس بودن آجر و مواد نسوز بازیافتی را دارد، اما نیازمند توسعه و سرمایه‌گذاری بیشتر است. در عین حال، تولیدکنندگان آجر و مواد نسوز و بازیافت‌کنندگان باید با یکدیگر همکاری کنند تا فرمول‌های جدیدی برای محصولات نسوز بر اساس مواد بازیافتی ایجاد کنند. مصرف کنندگان نهایی نسوز نیز باید مایل به پذیرش نسوزهای تولید شده با مواد بازیافتی باشند که این امر مستلزم تغییر در طرز فکر است. حتی در این صورت، برخی از انواع دیرگدازها به دلیل مسائل فنی (مانند هیدراتاسیون) یا ارزش کم (مانند شاموت) مستقل از کیفیت کسر تفکیک شده احتمالاً برای بازیافت در دیرگدازها نامناسب خواهند ماند. برای بهبود اقتصاد کلی فرآیند بازیافت و بهینه‌سازی تعادل مواد، چنین موادی همچنان باید در کاربردهای خارج از صنعت تولید نسوز مانند سنگدانه‌های بستر جاده یا کمک ذوب ها استفاده شوند. با این حال، چالش این است که این را فقط به آن دسته از دیرگدازهایی محدود کنیم که پتانسیل بازیافت با ارزش بالایی ندارند. در حالی که همه اینها مشهود نیست، وضعیت فعلی در اروپا انگیزه های قوی برای صنعت فراهم می کند. تحولات اخیر در بازار، با افزایش هزینه ها و نوسانات قیمت مواد خام، صنعت اروپا را از وابستگی شدید به واردات و خطرات بالقوه عرضه آگاه کرده است. اهمیت دسترسی به مواد خام توسط اروپا نیز به رسمیت شناخته شده است و در سال 2008 کمیسیون اروپا ابتکار مواد خام را تصویب کرد که بر سه پایه استوار است، یکی از آنها دستیابی به بهره وری منابع و تامین مواد خام ثانویه از طریق بازیافت است. این موارد و سایر اقدامات سیاستی مرتبط، تحقیقات و نوآوری را در زمینه بازیافت مواد خام به طور کلی تقویت می کند و به طور خاص فرصتی عالی برای توسعه بیشتر بازیافت مواد نسوز است.

جهت کسب اطلاعات بیشتر با ما در تماس باشید